宇航员的地面训练是载人航天任务实施的重要准备。以阿波罗探月任务为标志,任务中要求宇航员在特殊的太空环境下:移动轨迹愈加精确;活动范围愈加宽广;操作技巧愈加高超。在此背景下,在地面模拟太空的低重力环境,训练宇航员舱外活动技能愈发重要。中、美、俄和欧盟等航天强国在地面低重力模拟方面的进行了大量研究,其中对于宇航员舱外活动的低重力模拟主要依靠水浮和失重飞行等被动方法,宇航员训练时间和运动速度受到限制,不足以满足未来任务的需求。随着电机、传感器及控制技术的进步,在宇航员舱外活动训练中运用悬吊法主动的跟踪宇航员运动,提供高精度重力补偿的系统实现成为可能。首先,本文对宇航员多刚体链式模型建立了重力补偿模型,得到了完整的补偿力约束条件。在补偿力约束条件下,限定补偿力数目、作用点和方向,得到了一组单吊索重力补偿模型的解。对应的提出宇航员运动中单吊索重力补偿的实现原理。分析宇航员训练中的运动状态,完成悬吊式宇航员低重力模拟系统方案设计,确定单吊索重力补偿可以高保真实现宇航员行走,奔跑以及空间机动的低重力模拟训练。其次,根据宇航员运动的两种状态,分别建立了对应的宇航员-随动悬吊系统的动力学模型。面向随动控制方法研究,统一了随动系统的动力学模型和控制目标。并通过数字仿真对建立的模型完成了动力学特性分析和验证,发现宇航员-随动悬吊系统存在未知扰动、耦合和非线性的动力学特性。最后,依据建立的的动力学模型,运用部分反馈线性化方法设计了稳定的非线性随动控制器。在ADAMS中搭建设计的模拟系统,在MATLAB中建立随动控制器,联合两者得到仿真实验平台,进行宇航员运动中的躯干质心跟踪实验,分析控制器的性能,证明了系统设计的正确性。