随着航天技术的发展与进步,空间探测方面已经成为航天领域未来发展的重要方向之一。为了确保航天设备具备良好的动力学性能以及较好的控制精度,在地面对其进行微重力模拟实验验证必不可少。因此,对相关实验系统的研究和探索十分重要。本文在课题组已完成的微重力平台尺度综合、力学性能分析的基础上,对平台的工作空间和雅可比矩阵的对称性以及单轴电气联合驱动的建模与控制策略进行了研究。研究内容主要分为四个部分。第一部分针对Stewart机构进行分析。提出了“对称形式的Stewart机构具有对称的工作空间和雅可比矩阵”的观点。为了证明此观点,首先推导了机构的逆运动学和雅可比矩阵。其中,采用修正的欧拉角描述末端执行器的姿态不仅可以直观地表述平台的转动能力,也能有利于定义对称位姿,使其工作空间以及雅可比的对称性显现出来。然后通过数学推导和实际算例证明在对称位姿对应的关节变量存在置换关系并且具有奇异值相等的雅可比矩阵。为此机构以及其他类似机构在分析与优化计算利用对称性提高计算效率提供理论依据。第二部分为单轴电气联合驱动器样机设计与气动部分的建模和标定。单轴驱动的设计与精确力控制是实现六维微重力模拟的基础。电、气两部分采用并联方式联接,将气动的大负载能力和电机的高控制精度进行优势互补。采用高速开关阀作为气压阀控系统的执行元件,对单轴样机的气动部分的模型进行简化并进行参数标定。第三部分为气压控制研究。将积分型线性自抗扰控制应用于阀控气压控制系统中。此算法通过在线性自抗扰的基础上增加一个积分环节来增加系统收敛速度,减少稳态误差。在MATLAB/SIMULINK搭建控制器和气动系统的模型进行气压控制算法的仿真,并在实际系统中进行实验。仿真和实验结果相符,均显示积分型线性自抗扰控制能达到较好的恒压控制效果,同时表明基于高速开关阀控的低成本气压控制系统也能实现较高的控制精度。第四部分进行了单轴电气联合驱动的微重力模拟的仿真和实验。对微重力下负载受恒力作用的匀加速运动进行模拟,仿真结果显示系统能实现良好的控制效果。实验结果表明联合驱动实现理想加速度约90%的平均加速度。联合驱动提高了系统的负载能力,消除了负载对电机最大转速的影响,验证了联合驱动方案的可行性和有效性。