随着经济社会的发展,国防工业对具有运动范围大、调整速度快、控制精度高、承载能力强的运动模拟设备或者调整设备提出了更高的要求。本文以北京航天控制仪器研究所承担的国家重点研发计划中的用于航空重力仪的车载位姿平台研制课题为依托,对六自由度位姿平台的运动学、动力学、控制策略、精度测量及误差机理进行了理论分析、计算机仿真和相关的实验研究。在运动学分析中,首先根据上平台与各个作动器之间的约束关系,建立了六自由度位姿平台运动学反解数学模型,通过仿真实验验证了运动学反解模型的正确性,并根据模型建立了运动学反解GUI程序。接着针对传统六自由度位姿平台正解中存在的求解难度大、精度低、初值选取难的缺陷,提出了一种利用SOA搜索算法进行牛顿迭代初值补偿的运动学正解方法,构建了相应的仿真模型并给出了计算实例。最后在研制的六自由度位姿平台样机上进行实验,结果表明该算法具有较高的收敛精度和稳定性,为后续设计控制策略奠定了基础。在动力学分析中,首先利用Sim Mechanics模块构建了六自由度位姿平台虚拟样机,定义了上下平台和六个作动器的结构参数和相应的刚体约束关系,然后针对三维模型进行了极限位姿干涉分析和静力学分析。接着对驱动系统进行研究,分别建立了电动缸缸体和PMSM电机的数学模型,针对电机模型设计了双PI控制器和滑模速度环控制器,通过对比仿真发现,滑模速度环控制器能够有效减小电机调整力矩。最后建立了完整的位姿平台仿真模型,并对模型开展了耦合性分析,发现在低频情况下可以忽略电动缸之间的耦合作用从而进行分散控制,为后续实现双层闭环控制打下基础。在运动控制策略研究中,首先在铰点空间和工作空间上分别设计了前馈解耦PD控制和自适应滑模控制两种策略,通过仿真实验表明,工作空间控制具有良好的鲁棒性但是控制精度相对较差,铰点空间前馈控制具有较高的精度但是对外界干扰较为敏感。为了解决这个问题,本文设计了一种双层控制策略,即内层采用前馈解耦PD控制来保证控制精度,外层采用工作空间自适应滑模控制,来抵消外界干扰造成的精度下降,通过实验发现,双层控制能够显著提高位姿平台的跟踪精度并保持较好的鲁棒性。在位姿平台精度检测和分析中,首先介绍了六自由度位姿平台控制系统常用的功能模块和软硬件组成,接着使用倾角仪和双频激光干涉仪结合特殊工装分别对位姿平台静态精度进行检测,得到双层控制策略下角位置静态精度为0.018°,线位移静态精度为1.2mm。接着针对平台动态精度进行测量,发现上平台在作5°、1Hz的横滚运动时,幅值仅衰减3.6%,符合系统动态要求。