根据我国“探月三期”工程的任务目标，采集月表2m深度下且保持原始层理特性的月壤样本，质量不小于500g。本文从采样钻具与月壤间的相互作用力学模型、钻进机构模型和钻进电机模型三个方面分别展开研究，建立月壤采样装置钻进系统模型，对不同工况下钻进电机的运行情况分析，分析相应的控制策略。本文主要从以下方面展开：首先，基于土力学基本理论，研究月壤颗粒群在螺旋钻杆作用下的运移规律，考虑了钻屑的径向分布特性，分析了钻杆螺旋面上月壤微元的受力情况以及钻头与月壤间的相互作用力学关系，通过分析螺旋输土的临界状态给出了钻杆临界速度，得到了进尺速度与回转速度的耦合系数，获得了钻杆阻力矩、辅助钻压力和钻头阻力矩的解析模型，建立采样钻具与月壤间相互作用力学模型。其次，根据月壤采样装置功能需求及对国外采样成功案例分析，确定钻进机构的基本方案，建立钻进机构简化模型，对加载机构和回转机构模型的各部件力学分析，建立钻进机构力学模型，研究步进电机的数学模型和矢量控制方法，建立步进电机矢量控制模型，对无刷直流电机的数学模型和双闭环控制方法研究，建立无刷直流电机双闭环控制模型，分别通过仿真验证了电机控制模型的动态响应能力。最后，基于采样钻具与月壤间相互作用力学模型，给出了钻深对钻杆临界速度、速度耦合系数和进尺速度等钻进运动参数的影响分析，得到了钻杆阻力矩和辅助钻压力与钻深、钻杆转速的影响关系，通过结合钻进机构模型，分别给出了进尺距离与进尺驱动力矩、钻深与钻头阻力矩的影响关系，得到了钻深、减速比对回转驱动力矩的影响分析，基于以上分析，选取了合理的钻进参数，建立月壤采样装置钻进系统模型，对不同负载工况下钻进系统进行仿真，根据钻进电机运行情况分析钻进系统的控制策略。