变载荷稳定平台适用于有视轴稳定要求的飞行器、船舶、车辆等动载体的实验,由于可以变换不同种类的载荷以适应不同探测任务,而无需设置多个稳定平台,具有很高的经济性和便利性。本文围绕变载荷稳定平台结构设计及相关控制问题,完成变载荷三轴稳定平台整机设计和整机结构有限元分析及优化,并对变载荷三轴稳定平台的稳定控制方法进行了研究。针对变载荷稳定平台的载荷视场范围、质量分布差异大等问题,在Solid Works中进行三维实体建模,通过更换配重平衡以质量分布以及预留执行元件驱动力矩余量等方法使得稳定平台兼容两种负载,设计了变载荷三轴稳定平台的载荷舱室、随动轴系、机械限位机构以及防水机构等,确定了变载荷三轴稳定平台的整机设计。对于结构件的质量较大、模态特性不明确等问题,在ANSYS Workbench中对变载荷三轴稳定平台主要结构件以及整机进行有限元分析,进行了拓扑优化、静力学、瞬态动力学分析和模态分析,校核了主要结构件的强度、刚度特性,得到了拓扑优化前后变载荷稳定平台的振动特性。关于变载荷三轴稳定平台稳定控制的问题,分析载体扰动以及直流力矩电机在坐标系之间的耦合情况,在MATLAB/simulink中建立运动学模型,结合两款负载动力学特性差异,搭建出三个轴系下不同载荷的直流力矩电机模型。在此基础上,依据结构简单、实时性高和稳定效果好的原则,设计了速度稳定回路和位置稳定回路的双闭环回路的控制系统,在位置稳定回路分别设计了PID控制器、模糊PID控制器,根据稳定效果分析得出了转动惯量差异对于变载荷稳定控制的影响。在ANSYS Workbench中的仿真结果表明拓扑优化设计后质量更小的结构件强度、刚度均满足设计要求。在MATLAB/simulink中的仿真结果为:当载体扰动角速度幅度为20°/s（即0.35rad/s）时,采用传统PID控制器的变载荷三轴稳定平台角度稳定误差最大值为0.28mard,RMS（方均根值）最大值为0.12mard,采用模糊PID控制器的变载荷三轴稳定平台角度稳定误差最大值为0.17mard,RMS最大值为0.056mard。仿真结果表明模糊PID控制算法相比于PID控制算法在调节时间方面更优,系统的动态性能和抗干扰能力有明显提升,对两款负载的变载荷三轴稳定平台具有较好的适应能力。