姿态模拟器是惯导测试和半实物仿真的关键设备,用来模拟飞行器空中转角姿态及速度和加速度特性,从而检测或标定惯性器件以及检验制导系统性能。随着飞行器精确性和快速性的不断提高,对制导系统精度及机动性指标的要求也越来越高,因此需要更高动态及静态指标的姿态模拟器以满足高性能飞行器的研发与试制。此外,若姿态模拟器有适当的载荷裕量且兼顾高的动态及静态指标,则一套姿态模拟器可以同时完成惯导测试及半实物仿真两种任务,这在很大程度上不仅降低了设计制造成本,而且缩短了整个系统研制周期。本文以高静态及动态技术指标的姿态模拟器研制为背景,进行了姿态模拟器结构及控制系统设计,具体研究内容如下:首先,本文进行了机械台体结构设计,在满足基本结构性指标的同时,充分考虑了轴系精度要求,并基于机电一体化设计思想,设计了机械与电气接口。其次,本文完成了控制系统架构设计,并详细设计了主控系统的硬件,完善了姿态模拟器的主体功能,保证了系统安全有效地运行。本文还从工程应用的角度出发,建立了控制系统模型,深入分析了高精度伺服系统控制回路,在此基础上利用定量反馈理论设计了前向通道控制器,并对系统进行了前馈控制器设计和数字滤波器设计。最后,本文通过实验验证了控制器可以有效的控制姿态模拟器满足高静态及动态技术指标。