近年来，临近空间的战略价值引起了世界各国广泛关注。作为探索开发临近空间资源的平台，临近空间浮空器技术应运而生，同时其潜在的军民两用价值也逐渐成为各国研究的热点。对于浮空器而言，电源系统就好像其“心脏”一样，各分系统的正常工作必须以电源系统稳定工作为前提。因此，研究浮空器电源对整套浮空器系统而言就显得尤为重要，它的研究对诸如太阳能及蓄电池系统等有着非线性、难建模、强耦合对象的优化利用有着重要的理论研究价值和实际应用意义。本论文在参考现有文献的基础上，重点研究了浮空器电源系统的能量采集、能量吸收、能量转化和能量储存四个主要部分，提出了一整套临近空间浮空器电源系统的优化控制算法，并设计出相应的实际硬件平台，利用Matlab/Simulink、PSpice分别对控制算法和实际电路进行软件仿真，同时通过模拟试验验证了各分系统方案的可行性与整体平台的有效性。论文主要工作如下：首先，根据浮空器的运行特性，分析其在飞行过程中外界环境条件和负载变化对电源系统的影响。考虑光照条件和峰值功率之间的关系，对浮空器电源系统关键技术进行了深入分析；基于能量流平衡原理，提出了一种浮空器电源匹配系统的设计方案；最后，对低空模拟试验的数据进行分析，验证了所设计方案的可行性，并对相关关键问题进行了详细地分析；其次，针对现有最大功率跟踪(Maximum Power Point Track, MPPT)方法动态性能和稳态性能难以兼顾的难题，提出了一种基于共轭梯度法的光伏系统MPPT算法，通过对Boost DC/DC变换器进行相应控制，达到对太阳能电池输出功率进行有效调节的目的。对该系统进行了大量模拟仿真，仿真结果表明该系统能较快地跟踪太阳能最大功率点(Maximum Power Point, MPP)，同时具有良好的稳态性能；再次，针对现有蓄电池充电速度较慢、易出现过充且充电效率不高的缺陷，提出了一种基于模糊自适应PID改进三段式蓄电池快速充电技术，对充电系统进行相应控制，以达到快速充电、防止过充的目的。文中对该系统每一个充电阶段进行了大量仿真实验。实验结果表明，该方法能够有效地提高充电效率，延长蓄电池使用寿命。从而直接延长了整个浮空器系统的使用寿命，提高了总体系统能源利用率。最后，设计出一整套临近空间浮空器电源系统的平台，包括由带有主动式太阳能跟踪功能的菲涅耳透镜线聚焦式太阳能聚光器系统构成的总体电源系统的能量采集和吸收部分；由共轭梯度法太阳能MPPT系统组成的总体电源系统的能量转化部分；由模糊自适应PID改进三段式快速充电系统组成的总体电源系统的能量储存部分。上述总体平台通过软件仿真实验和硬件平台测试，完整有效地证明了所提出系统的可行性和稳定性。