为了给地面航天器模拟器提供零重力太空环境，并满足“自由—自由”的边界条件，本文提出了一套气动弹簧竖直悬吊系统的设计方案。该系统具有大承载能力、低刚度、低频率、低摩擦和大行程的特点，主要由低摩擦活塞气缸系统、高精度压力控制系统和蓄能器组成。低摩擦活塞气缸系统用于悬挂模拟器，承载模拟器的重量，并提供竖直方向的运动；高精度压力控制系统的作用是维持系统内部的压力恒定，以保证系统的刚度和频率；蓄能器可以降低系统的压力波动，提高系统性能。影响系统性能的关键是系统模型建立的精确度，系统模型包括系统的泄流量模型，径向承载力模型和压力波动模型。结合系统的泄流量模型和径向承载力模型，可以对系统的结构参数进行优化，使系统在保证径向刚度的前提下，泄流量为最小；系统的压力波动模型为非线性数学模型，并带有一定的滞后环节，为了提高压力控制系统的控制精度，需要建立准确的压力波动数学模型。针对压力波动数学模型，本文提出了相应的控制器。在传统的PID控制器基础上，提出了基于轨迹规划的PID控制器和Fuzzy-PID控制器，降低了控制系统的超调量，提高了控制系统的品质。在此基础上，提出了一种多控制率组合的控制策略，将bang-bang控制器，基于轨迹规划的PID控制器和Fuzzy-PID控制器组合起来，提高了控制系统的稳定性和控制精度。最后，结合压力控制模型和模拟器的动力学模型，得出系统的结构参数和环境参数对控制系统的影响，并分析竖直悬吊系统的频率和刚度，以及在外激励作用下，模拟器的位移响应。在高频正弦激励、低频正弦激励、方波激励和三角波激励作用下，模拟器的位移响应均能满足要求。