随着航天技术的发展,航天任务越来越复杂,精度要求越来越高,目前很多航天任务带有活动载荷,比如飞轮、太阳帆板等,这些活动载荷工作时会对航天器产生额外的扰动力矩,为了能够减弱甚至消除这种影响,需要在地面通过全物理仿真技术实现这些干扰因素影响的分析、验证。为此,本文提出了一种力矩扰动模拟系统来模拟航天器上活动载荷开机工作时对于航天器姿态的影响,为航天任务的顺利开展提供技术支撑。首先,总结了国内外该领域的研究现状,介绍了地面仿真方法并且分析了各种方法的特点与不足之处;然后介绍了电磁铁技术现状和模型预测控制的发展情况,根据本文设想的工作场景,力矩模拟需要无接触,响应快,提出了基于电磁铁技术的力矩扰动干扰力矩生成装置的设计方案。然后,针对力矩扰动模拟系统的任务需求,确定了整个仿真系统的设计方案,将整个系统分为力矩扰动模拟系统干扰力矩生成器子系统、力矩扰动模拟系统运动跟踪子系统、力矩扰动模拟系统高速通信模块、力矩扰动模拟系统软件四大部分,并针对每个子系统给出了相应的设计与实现方案。并进行了相应指标的分析验证。其次,设计了基于电磁铁技术的非接触式干扰力矩生成器。通过Maxwell软件仿真,验证了所设计的干扰力矩生成器可以达到指标的要求。之后给出了干扰力矩生成器的控制器设计方法,采用了前馈加反馈结合的控制器结构,提高了系统的响应速度,并通过数学仿真验证了所设计控制器的性能。再次,将卡尔曼算法与模型预测控制算法结合起来应用在力矩扰动跟踪控制系统,跟踪气浮台的姿态变化,保证上述设计的干扰力矩生成器的施力装置和受力装置的工作间隙一致性,从而使生成的干扰力符合指标的要求。给出了基于卡尔曼算法的力矩扰动测量子系统,将姿态信息进行滤波后,传递给力矩扰动跟踪控制子系统,然后给出了基于模型预测控制算法的跟踪控制算法,实现了干扰力矩生成器施力装置和受力装置的跟踪控制。并通过仿真验证分析了两种算法的可行性。最后,利用气浮台获得自身姿态信息的条件,可以辨识出自身的质量特性,提出了一种对于干扰力矩高精度测量的方法。采用了最小二乘法和梯度下降法两种方法实现了气浮台质量特性的辨识,根据质量特性的条件,实现了干扰力矩的高精度测量,最后通过数学仿真验证了所提出测量算法的正确性。