舵机负载模拟器属于地面加载设备中的一种,用以模拟飞行装置飞行时舵机受到的空气力矩载荷谱。负载模拟器的加载性能好坏,可以通过其对实际空气力矩的复现精确度来评价。随着各国在航天航空领域的长足发展,高精度的负载模拟器更加受到重视,因此研制高性能负载模拟器对航天航空事业具有重要意义。十几年间,传统负载模拟器无法消除的多余力一直制约其性能的提高,所以多余力矩的抑制成为国内外研究的重点,目前结构补偿和控制补偿抑制效果都不尽如人意。本文利用摩擦加载原理设计的新型负载模拟器,加载形式由被动变为主动,理论上能实现多余力矩完全消除。承接已有研究成果,针对新型负载模拟器理论研究不充分的问题,进行以下研究工作:首先,对新型负载模拟器摩擦力矩进行理论研究,为后续控制器设计提供依据。分析传统摩擦力矩简单积分的计算方法,根据摩擦磨损原理,提出修正的摩擦力矩计算公式,分别应用于圆环式、圆盘式、扇形式三种摩擦盘结构;应用仿真软件初步验证该公式的合理性,并讨论摩擦盘结构参数对摩擦力矩波动的影响。其次,对加载系统摩擦盘温度场进行研究,为摩擦盘设计提供参考。针对加载过程中摩擦热问题,结合传热学原理,建立摩擦盘的瞬时温度场方程,分析传热过程中相关参数之间的关系;利用热力学仿真软件解算摩擦盘加载过程的热—机耦合问题,讨论各加载条件对温度场和摩擦力矩波动影响;提出尺寸因子概念,利用仿真软件初步验证其对摩擦盘温度场预估的可行性。最后,对负载模拟器进行系统建模和实验研究。对比线性和非线性系统模型,分析简化模型的可靠性;针对前文得到摩擦力矩波动的特点,以及未校正系统对外部干扰抑制较差的缺点,设计可靠且实用的内模控制器,与PID控制进行仿真比较,验证内模控制器对加载性能提升效果。进一步改进内模控制器,设计鲁棒性更佳的双口内模控制器以抑制摩擦力矩波动,分析其在信号跟踪精度、干扰抑制率、参数变化适应性方面的表现。利用负载模拟器样机进行实验研究,讨论该样机的性能,实验验证内模控制器较PID控制器在静态和动态加载性能的提升效果。