随着航天事业的不断发展,对航天器开展地面低重力模拟实验的需求越来越大。低重力模拟实验能够实现对航天器的重力补偿,在地面上开展对航天器的物理仿真实验,对航天事业有着重要的意义。本课题基于实际的项目背景,需要设计一款基于悬吊法的低重力模拟系统并针对其拉力控制展开研究,通过对力控制系统的特性研究,选择合适的控制策略使拉力控制误差保持在1%以内。根据项目的技术指标,完成了低重力模拟系统的整体方案设计,主要由恒拉力子系统、随动子系统和控制系统实现。并完成了系统中机械结构的设计及关键元器件的选比和校核。为进行恒拉力系统控制器的设计,满足系统力控指标。首先建立了缓冲机构和直驱机构的数学模型,得到了系统的控制框图,并根据吊索有限元模型分析了吊索谐振对系统性能的影响。由控制框图和PID控制器,搭建了系统的PID控制仿真模型,建立了系统的静态平衡和负载加速度干扰下的动态平衡。分析了影响拉力控制精度的主要非线性因素,包括摩擦、时滞和电机力矩波动。为了解决时滞环节导致系统稳定性下降的问题,引入了smith预估补偿控制。根据负载加速度干扰可测这一特点,设计了前馈环节,大幅度减小了系统在负载加速度干扰信号下的稳态误差。为了提高系统的鲁棒性,应对电机力矩波动以及运行过程中系统参数的变化,将传统的PID控制与RBF神经网络结合,利用蚁群算法在解空间内寻找神经网络初始参数,实现了PID控制器参数的自调整。同时根据带死区的PID控制策略,对积分项参数学习规则做了改进,解决积分项参数过大导致系统振荡的问题。为了实现低重力模拟实验,完成了控制系统的硬件和软件的方案设计。硬件方面包括主控系统的实现、电机驱动及安全保护、信号输入输出方案等内容。软件方面包括软件开发环境及总体架构,实时控制方案及人际交互界面的设计。