随着人类对宇宙空间探索的不断深入，空间望远镜被发射升空，而空间机械臂作为光学设施的机架伺服系统，是完成其跟踪、定位目标的重要机构。机械臂关节控制器是空间相机臂的核心控制部件，其速度控制精度和运动稳定性直接决定了机械臂的整体控制性能。本文即在空间站相机臂式跟踪定位机构系统项目的支持下，以研制一套高性能的机械臂关节控制器为目标，对关节的三闭环控制策略及速度观测器设计进行研究，完成控制器的软、硬件设计，并进行关节控制的相关实验。本文首先对空间机械臂关节控制器的研究现状进行综述，通过对关节控制器硬件电路及控制策略的分析确定了本文的研究方向，以DSP为核心设计关节控制器，并采用位置控制策略。针对由永磁同步电机直接驱动的机械臂关节，本文给出了关节的数学模型及采用的位置、速度、电流三闭环控制策略，并详细分析了电流矢量控制技术。在此基础上，由内至外对相互串联的电流环、速度环、位置环逐层分析，分别建立其控制模型并对调节器参数进行整定。为了检验模型及参数计算的正确性，本文在Simulink中搭建关节控制模型进行仿真验证。在低速条件下，通过位置差分滤波算法得到的关节速度，存在较大的量化误差和滞后，这会影响系统的快速响应性能，并引起内环电流期望值的波动。针对这些问题，本文设计了全维的速度观测器，对关节的速度、位置及负载力矩进行估计。仿真结果表明，观测速度具有滞后小、噪声低的优点，将其作为速度闭环的反馈信号，能够有效改善关节的低速控制性能。最后，本文以DSP为核心完成对关节控制器的软硬件设计。硬件上，确定一二次电源转换、逆变电路、电流及位置检测、通信接口等部分的电路原理；软件上，在DSP内编写程序实现各模块功能及关节的闭环控制。为了验证关节控制器的性能，本文搭建测试平台，分别设计并完成了关节控制器对电流、速度、位置信号的跟踪实验。