随着载人航天技术、探月技术的不断发展,空间任务场景朝着多样化、复杂化方向发展,空间机械臂在这些任务中发挥了重要作用。在执行典型空间任务时,机械臂末端的负载状态变化,会导致空间机械臂单关节伺服系统驱动关节转动惯量、负载转矩、转速等发生变化,为获得良好的动态和静态控制性能,需要有针对性的对控制器参数进行整定和优化。针对负载扰动情况下,伺服系统控制稳定性下降这一问题,本文在系统参数辨识和控制器参数在线整定优化等方面开展了研究,主要工作如下:(1)建立了关节伺服系统等效控制模型。分析了关节伺服系统的模型特性,确定关节伺服系统的矢量控制方式,基于等效大惯量的关节模型,建立了等效电机三环矢量控制模型。针对负载扰动情况,通过数值仿真实验分析和验证了负载转矩突变对控制器控制性能的影响。(2)提出了基于协方差匹配算法的UKF电机参数辨识方法。在负载扰动情况下,该算法在滤波过程中,通过对滤波发散趋势进行预测,利用协方差匹配方法对滤波发散情况进行判断和抑制,有效提升了滤波数值稳定性,减小了参数估计误差。(3)研究了基于模糊逻辑的控制器参数在线整定优化方法。基于模糊控制的基本思想,设计和建立了永磁同步电机速度环PI参数模糊控制策略,完成了速度环PI参数的增量式整定优化。建立了仿真实验平台,仿真结果显示算法在负载扰动情况下具有较好的动态特性。(4)搭建了实物验证研究平台。利用dsPIC33F/E硬件电路平台和软件平台,对基于无迹卡尔曼滤波算法的电机参数辨识方法和基于模糊控制的PI参数整定优化方法进行了实验验证,在记录和分析相关的实验数据的基础上,验证了上述方法的可行性和准确性。