为了探索太空环境,各国相继研制出多种航天器执行探索任务。但地面研制环境与航天器实际工作环境相差甚远,如地面上缺少微重力、真空和辐射等条件,并且研制航天器会消耗大量人力物力,因此全物理仿真平台应运而生。全物理仿真平台可以模拟航天器在太空中的环境和执行任务的场景,极大的减低了航天器实验的成本,提高的研发的效率。为了提升六自由度气浮仿真平台的整体性能,缩短实验的准备时间,将对仿真台垂向运动及其上平台的稳定进行分析研究。首先,介绍六自由度气浮台的Z向气浮轴承,分析了机械结构和执行原理,为提升模型精度,将其抽象为变质量气腔,采用BP辨识调压机构的模型参数;同时将气浮轴承中存在的气膜阻力考虑在内,建立Z向运动模型,并简化;仿真分析了模型的可行性。其次,搭建了垂向双阀分段控制的控制框架,分析分段开关的选择,设计三种不同控制策略。针对PID及Smith预估应对响应慢及超调量存在问题,在Z向起浮及位置粗调阶段采用模糊控制策略,在位置细调阶段采用Smith预估。并且为简化整个设计流程,采用改进主要因子的遗传算法优化粗调阶段的控制规则,并仿真验证。然后,考虑垂向起浮及气浮球轴承解锁过程,会造成姿态平台的不稳定,不利于模拟航天器任务。先分析上台体模型的运动及动力学方程,并用误差四元数建模。考虑对象特性、应对干扰及响应速度,采用了一种优化的非奇异快速终端滑模面(NFTSM),并推导控制输出,进行仿真验证。最后,对气浮台涉及的硬件进行选型,结合软硬件架构,设计界面,进行测试验证。