航天太阳能帆板的展开与回收以及振动控制问题是航天器设计中重要的一环,它直接关系到航天器任务的成功与否。本论文针对该问题,设计了一种新型的电磁直驱式主动关节驱动机构,并基于该机构进行了帆板系统展开与回收特性以及振动控制特性的分析与实验测试研究。论文从基本的电磁驱动单元出发,结合前期的一些研究工作,总结了磁路分析的基本方法。在此基础上,提出了一种新型的电磁直驱关节机构。分别从原理设计、方案设计、磁路建模和结构优化设计等方面对关节机构进行了详细的设计研究,完成了关节机构样机的加工制造,并对样机性能进行了测试。然后,论文将关节机构应用到帆板系统上,组成了主动太阳能帆板系统。分别从系统的模态特性、控制方法、展开与回收特性以及振动控制效果等方面进行了深入研究。研究的主要内容包括:(1)在关节驱动机构前期研究阶段,对电磁驱动单元中驱动力和驱动磁场的计算方法进行了归纳整理,对包括直线驱动单元和旋转驱动单元的一般磁路结构进行了分析和讨论,并列举了两个项目实例进行分析说明。在此基础上,基于MATLAB语言编写了一套电磁旋转驱动机构的辅助设计软件,用于进行前期的电磁参数设计和计算,以及后期的驱动力和力矩特性的评估。(2)针对太阳能帆板系统,提出了一种新型的主动关节驱动机构。对新型的关节机构分别进行了原理设计、磁路结构方案设计、驱动磁场建模和仿真分析。在此基础上,完成了基于SQP算法的磁路结构优化设计,同时对电磁线圈和磁芯材料等进行了相应的设计分析。完成了关节机构样机的加工制造与装配,并对样机性能进行了实验测试。(3)将关节机构应用到帆板系统上,组成了主动太阳能帆板系统,对系统的模态进行了有限元仿真分析。将关节机构等效为扭簧单元,通过改变关节机构的扭转刚度,分别分析了两块基板和四块基板系统的前十阶模态情况,探究了基于关节变刚度特性进行帆板振动控制的可行性。(4)对主动太阳能帆板系统分别进行了基于Simulink系统的控制仿真和ADAMS-MATLAB联合控制仿真,对系统的展开和回收特性进行了对比分析。最后,采用支撑重力平衡法搭建了系统地面测试平台,对微重力环境下太阳能帆板系统的展开与回收特性进行了实验测试。设计模拟了帆板系统干扰信号的激励源,对基于关节机构的帆板系统的振动控制问题进行了实验测试研究。