负载模拟器是在实验室条件下测试舵机性能的半实物仿真设备,它能够复现飞行器在空中飞行时舵面所受的铰链力矩。在国防事业快速发展的背景下,对舵机系统动态性能和控制精度的要求日益提高,这就使得负载模拟系统的动态响应性能和加载精度等技术指标也必须满足更高的要求。在各类负载模拟器中,以电机为驱动元件的电动式负载模拟器具有响应快,加载精度高等优点,因而得到了国内外各研究机构的广泛研究。因此,本课题以某小力矩电动式负载模拟系统设计为研究背景,对其进行了深入的研究和分析。首先,文中分析并对比了国内外负载模拟器的相关研究概况。选择基于矢量控制技术的永磁同步伺服电机系统作为驱动元件,设计了电动式负载模拟器。并在分析研究矢量控制技术的基础上,建立了电动式负载模拟系统的数学模型。针对该模型,对其前向通道和扰动通道的系统特性进行了分析研究。然后,在分析了电动式负载模拟器原理的基础上,确立了系统的整体设计方案,并根据设计指标的需要对系统的主要部件——永磁同步电机及其驱动器等进行选型,进而设计了加载系统的机械部分,电气部分和控制、通讯部分,搭建了实验平台。在该平台上进行了系统调试后,对系统数学模型进行了实验验证。最后,在考虑系统的整体加载性能和系统模型不确定性的情况下,对系统控制算法进行了研究。由于被加载装置的强位置干扰,系统不可避免的会存在干扰力矩,因此采用常规的PID算法很难达到最佳的控制效果。尽管基于结构不变性原理的PID复合控制方法能够在一定程度上补偿扰动力矩,但前馈算法实际中实现较为困难。因此本文应用了内模控制的方法,结合加载系统的实际情况提出了结合内环微分反馈的内模控制方法。在MATLAB软件Simulink工具箱下进行仿真分析,证明了此控制方法对于电动式负载模拟系统的有效性。