随着人类活动不断地向太空发展,对航天器的研究越来越深入,在航天器的地面测试设备中,重力补偿装置是不可缺少的一部分,研制重力补偿装置,模拟试验件在月球表面的微重力状态,确保其在地面仿真试验顺利进行。针对在地面模拟月面微重力环境,对重力补偿装置实现方案进行对比分析,其中主要对恒张力悬挂方案进行设计,最终确定实施方案。对重力补偿装置进行机械结构设计,包括试验台支撑架部分、吊索悬吊部分、测量仪器部分,来实现高精度恒张力悬挂,并且满足分离速度达到3m/s,依旧保证重力补偿误差范围±6%。对提供分离速度的主动分离装置进行机械结构设计,提供0-3m/s的分离速度,在10ms以内,需要合适的力矩和转速,实现对试件提供足够的提升力,保证对试验件过质心吊挂。为了对系统进行有效控制,分别建立主动分离系统和重力补偿系统的控制模型。对于主动分离系统采用基本PID控制算法,对于重力补偿系统采用自适应模糊PID控制算法,确定了模糊语言值变量、隶属度函数、模糊规则以及反模糊化,利用MATLAB模糊工具箱建立了完善的模糊控制器。利用Simulink对系统进行数学建模,并进行仿真分析,主动分离系统可精确的跟踪目标角速度。将物体垂直方向上的运动等效为系统的外界位置干扰,通过自适应模糊PID算法重力补偿系统可迅速无超调的达到静态平衡,并可对外界干扰进行有效抑制,使模拟精度保持在指标范围内。为验证系统性能,对研制的重力补偿装置进行实验。为确保物块达到指定速度,进行速度分离实验。为验证重力补偿精度,进行静态平衡力误差试验、动态平衡力误差试验,试验结果表明分离系统可使物块精确达到指定速度,重力补偿系统的静态误差和动态误差均满足要求。