在深空探测技术迅速发展的今天,星球巡视器在整个深空探测领域中所发挥的作用将是不可或缺的按照国际惯例,巡视器发射前必须在地面上检验其动力性能是否能够满足实际的要求。所以,大型低重力模拟设备将是验证巡视器动力性能的不二选择。本课题来源于中国航天科技集团的一个科研项目,主要内容是为大型低重力模拟系统中的张力伺服子系统设计满足工程性能指标要求的控制算法。张力伺服系统是低重力模拟系统的核心子系统,目的在于抵消巡视器的部分重力以实现在地面的低重力模拟。本文首先概括了国内外常用的低重力模拟方法并且重点介绍了吊索式低重力模拟系统的特点。根据系统的性能指标要求设计出合适的伺服机构并分析了其工作机理。通过系统辨识和机理建模获得了系统关键部件的数学模型,在忽略系统中的非线性因素下,获得了多输入多输出系统的近似线性化的数学模型。针对伺服系统中的非线性因素,重点分析了对伺服系统影响较大的三种非线性因素:吊索谐振、机械谐振以及库伦摩擦,并且给出它们的近似数学模型或者上确界。由于该系统具有多输入多输出以及上述非线性等特点,本文摒弃传统的PID控制而直接采用H∞控制进行多输入多输出设计,有利于实现两台交流力矩电机的协同控制。为了克服伺服系统中的库伦摩擦所产生的不利影响,在H∞控制器的基础之上通过增加扰动观测器进行摩擦补偿从而使得系统获得更好的控制精度。由于H∞控制器阶次高、不利于工程应用的特点,采用平衡降阶的方法对高阶控制器进行降阶得到了与原控制器性能接近但便于工程实现的低阶控制器,解决了H∞控制器在工程中难以实现的缺点。最后本文介绍了张力伺服系统中控制软件的架构及其实现。