球面两自由度并联指向机构是一种能够完成空间定位功能的并联机构,可以实现对目标的搜索、跟踪、定位、指向等功能,在卫星通讯、深空探测和空间观测等领域具有良好的应用发展前景。本文以球面两自由度并联指向机构为研究对象,从机构轨迹规划、控制方式、控制策略等方面入手进行研究,采用开放式控制思想对整个控制系统进行开发,搭建基于“PC+运动控制卡”的控制系统,采用模糊控制算法改善步进驱动系统的控制精度,并进行了相关控制实验。首先,根据球面两自由度并联指向机构模型,求解了应用于运动控制研究的运动学反解方程;在机构的工作空间内对机构进行运动路径规划和轨迹规划,并通过MATLAB和Adams联合仿真对其进行验证。其次,根据球面两自由度并联指向机构特点,确定控制系统结构层次、控制策略、控制算法,搭建机构控制系统,包括元器件的选型、电气系统设计以及控制柜的设计等。在经过初步调试实现机构基本运动控制的基础上,为最大限度的保证步进电机的预设角位移控制量,提高系统的精度、可靠性、动态性能和鲁棒性,改善步进电机容易发生丢步、运行不稳定等问题,采用模糊控制方法,利用Simulink仿真软件建立步进电机控制模型和模糊控制器模型,对机构进行控制系统仿真,验证了所设计的模糊PID控制器在步进驱动系统控制中,较传统控制相比,具有响应时间短、稳态误差小等优势,对提高步进电机的控制精度具有有效性,进而在一定程度上能够提高机构的控制精度。最后,对球面两自由度并联指向机构的运动控制系统的软件结构进行了分析,结合控制卡功能以及控制需求,规划控制层次结构,采用相关开发工具对上位机软件进行开发,并对机构进行实验研究。