宇航员的微低重力模拟训练是载人航天工程中极其重要的一环,是确保宇航员安全以及在太空中正常活动的基础。为了弥补地面单一悬吊方法重力补偿方案的局限性,本文开展了关于支撑式微低重力模拟方案的研究。通过围绕宇航员微低重力模拟训练总系统中的串联弹性驱动支撑式二维随动系统开展其设计研制、建模分析、控制算法实现以及实验验证等研究工作。在明确系统设计需求与性能指标的前提下开发出了一套用于微低重力模拟的具有高带宽、低滞后干扰力特性的串联弹性驱动支撑式二维随动系统。依据随动总体方案开展了系统机械结构的相关设计和零件的选型、校核工作;开展了电气系统总体方案的设计,完成了硬件的选型以及电路的设计工作;基于Twin CAT设计了系统的软件算法平台,完成了系统功能运行的相关程序编写、封装以及人机交互界面的设计工作。为后续控制系统应用以及实验验证提供了硬件、软件平台。基于牛顿第二定律建立了串联弹性驱动支撑式二维随动系统的动力学模型。利用了系统平面两方向运动解耦的特性建立了从电机到主动平台到宇航员再到外部环境一整个运动闭环的动力学模型;对系统的能控性及能观性进行了分析;对不同的工况进行了环境因素参数分析;利用仿真软件搭建的系统框图进行了动力学特性分析,预估了系统的固有特性。开展了串联弹性驱动支撑式二维随动系统运动闭环控制方法的设计工作。基于驱动器速度环设计了系统的闭环控制策略;通过扫频实验对系统的传递函数进行了辨识并合理简化;通过设计陷波环节、校正环节以及控制器完成了系统的带宽设计,满足了系统较高带宽的设计要求。最后,针对扰动开展了系统闭环控制算法的仿真分析,验证了控制系统设计的合理性。开展了串联弹性驱动支撑式二维随动系统微低重力模拟的实验研究。搭建了二维随动系统样机试验台并完成了系统的调试工作;针对运动死区进行了控制器的改进,并在控制器低增益的条件下测试了系统基本的随动功能;最后,针对宇航员漂浮状态、宇航员与环境交互、多宇航员协作这三种特定工况,开展了本系统对阶跃激励、持续且恒定激励、单一正方向连续交变激励以及正负两方向连续交变激励作用下的宇航员微低重力模拟实验,得出了系统具有较好的快速性能以及低滞后干扰力特性的结论。