对来访航天器的捕获是空间站机械臂重要在轨任务之一,为了保证机械臂在发射之后能够正常地完成该任务以及对机械臂的捕获能力进行检验,需要上天之前在地面进行多次抓捕试验。基于气悬浮技术的卫星模拟器能够在地面实验环境下对空间航天器的运动状态进行较为真实地模拟,因此在各航天大国中得到了广泛的应用。本文为配合空间机械臂的地面抓捕试验,设计研制了一种基于气浮的三自由度移动目标模拟系统,使用喷气方式控制移动目标模拟器的运动,鉴于模拟器在运动中干扰复杂的情况,设计了基于传统PID控制的模糊自适应PID控制策略,并在地面环境下利用实物抓捕试验来检验移动目标模拟系统的工作性能和控制策略的有效性。具体研究内容如下:首先对移动目标模拟系统的硬件进行了设计。详细介绍了硬件的三大组成部分,并对各部分的构成和功能进行了描述。其中,移动目标模拟器是用于模拟航天器运动的关键部分,采用单块花岗岩气浮板作为支撑机构,利用外接气源供气,提供地面的微重力模拟;伺服电机和喷气推力装置作为执行机构,用于控制适配器的旋转和驱动模拟器运动。综控平台作为控制中心,是连接外部测量系统和模拟器的关键部分,通过接受外部测量系统的位姿数据生成控制指令,利用网络通信与模拟器进行数据传输。外部测量系统由高速测量相机阵构成,能够高精度跟踪测量模拟器的位姿信息。其次建立了与模拟器运动相关的数学模型。通过定义常用坐标系,对模拟器的位置和姿态进行了描述;在此基础上,推导出了动力学模型;同时,对模拟器运动控制中的各种干扰作了分析。为了减少地面试验环境中的各种干扰对模拟器运动的干扰,设计了一种模糊自适应PID控制策略,并对控制器进行了设计,在这基础上进行仿真,通过比较,理论上验证了该控制策略相比传统PID控制具备更强的动态特性和抗干扰能力。在理论分析的基础上,研制出了移动目标模拟系统并在多种工况下开展了抓捕试验。通过试验结果比较与分析,更进一步证明了所设计的控制策略比传统PID具有更强的鲁棒性和抗干扰能力,同时也对移动目标模拟系统的工作性能进行考核,证明了移动目标模拟系统设计的合理性。另外,通过对控制误差的进一步分析,总结出了影响试验精度的主要因素,为后续改进提供了方向。