在如今科技飞速发展的时代,航天技术更是作为各个国家都在致力发展的顶尖科学技术,航天技术是一个国家硬实力的综合象征,因此各个国家也都投入了很大的精力在航天技术的发展上。在航天技术中,由于会不可避免的受到各种因素的干扰,需要进行物理仿真了解干扰因素的影响。本文设计并实现了基于晃动与微振动的全物理仿真试验系统。首先,介绍了国内外的航天器的研究现状,并且分析了在当今时代主要应用的几种仿真试验的方法,接着分析了不同的仿真方法的优点和缺点,最终得出了全物理仿真的优点;然后介绍了在航天器中应用的几种主要的力矩输出的机构,分析了每种执行机构的优缺点,为后面方案设计打下基础。其次,针对晃动与微振动全物理仿真试验系统的任务需求,将控制系统分成了四部分,然后针对每个部分的具体指标和要求提出了相应的设计方案。大力矩生成器使用单框架控制力矩陀螺来输出力矩,微振动生成器采用音圈摆动电机,高速通信模块采用TPLink公司的无线通信模块,在这基础之上对照系统的指标要求进行了相应的指标验证。再次,分析了单框架控制力矩陀螺的力矩输出原理,并对陀螺群的构形问题进行了概述,分析了陀螺群力矩输出的工作原理,然后重点分析了常见构形的基本结构、角动量的表达式以及安装矩阵,接着对陀螺群奇异问题进行了综述,重点对4个单框架控制力矩陀螺(SGCMG)和5个SGCMG奇异面进行了分析,然后对不同的空间布局实现了对比,分析各种构形的优点和缺点。接着分析了陀螺群常用的操纵律的控制算法,解算出了每个陀螺的角速度的表达式,然后针对每种控制算法进行了仿真实验,对角动量、角速度、角度、奇异度量进行了分析,比较每种仿真算法的实际仿真效果,从而针对火星环绕器进行选择。最后,针对整个控制系统进行了整体的硬件实现,详细的分析了每个部分之间的相互关系以及信号走向,接着进行了整体的软件实现,并且针对陀螺分系统的控制算法进行了详细的介绍,然后对陀螺分系统的控制器硬件实现进行了概述,并且完成了陀螺群(CMGs)控制算法的综合实现,在simulink中对实际效果完成了高质量的检验。