电动被动式力矩伺服系统用于在半实物仿真条件下为传动设备模拟负载力矩,是保证设备生产、制造及研发的重要环节。随着各类传动设备机动性与精确性的不断提高,相应的对电动被动式力矩伺服系统提出了更高的要求。但是系统的数学模型为谐振环节,且负载力矩给定与承载系统主动运动导致的强外部干扰形式复杂,使系统的动态响应性能、加载精度、稳定性与加载带宽始终难以得到有效保证。针对此问题,本文从加载电机驱动器、电流控制策略、速度控制策略以及负载力矩控制策略入手,对电动被动式力矩伺服系统展开研究,寻求进一步提高动态响应性能、加载精度、稳定性与加载带宽的方法,为更高加载性能的实现提供相应的理论与技术参考。电动被动式力矩伺服系统加载的本质为能量的传递,因此加载电机驱动器的能量传递速度对系统的动态响应有直接影响。本文首先将加载电机驱动器的能量传递过程与电流环数学模型相结合,分析了驱动器的能量传递速度对系统动态响应性能的影响。在此基础上,对矩阵变换器与背靠背双PWM变流器进行了分析与对比,说明了矩阵变换器对于改善系统动态响应的优势。针对矩阵变换器的应用,对输入滤波器进行了设计,进一步保证了系统的动态响应,同时保证了系统功率变换与电压传输的效率。最后,通过系统电流与速度的响应波形,验证了应用矩阵变换器的有效性。矩阵变换器的应用有效提高了系统的能量传递速度,但是同时增加了高精度电流控制的实现难度。因此,本文进一步对矩阵变换器的调制策略、换流策略与永磁同步电机电流控制策略展开研究。对间接空间矢量调制的矢量序列进行了优化,并改进了电压型换流策略,有效抑制了窄脉冲与换流延时的影响,保证了系统在加载电机低速运行状态下的加载性能。同时,将扩张状态观测器引入永磁同步电机的电流控制策略,与“PI控制+电流交叉解耦”相结合,对d-q轴外部干扰与电机参数变化进行了实时补偿,进一步保证了系统在动态加载条件下的电流控制精度。最后,通过仿真与实验,验证了矩阵变换器调制策略、换流策略与永磁同步电机电流控制策略的有效性。速度控制策略同样对系统的动态响应、稳定性与加载带宽有直接影响。电动被动式力矩伺服系统的输出为负载力矩,外部扰动为承载系统的主动运动,数学模型为谐振环节,均与传统电力传动系统存在明显差异。针对此问题,本文将比例环节、负载力矩补偿环节与速度给定前馈环节相结合,提出了适用于电动被动式力矩伺服系统的二自由度状态空间速度控制策略,有效提高了系统的跟踪性能与多余力矩抑制性能,同时保证了系统的稳定性与鲁棒性。在此基础上,引入扩张状态观测器,对光电编码器速度检测误差与摩擦力矩的影响进行抑制,进一步保证了系统的加载精度。最后,通过实验,验证了二自由度状态空间速度控制策略的有效性。基于上述研究,根据频谱加载方式,对基于比例谐振控制的负载力矩控制策略展开研究。首先建立系统的离散数学模型,为负载力矩控制策略的设计与分析提供了有效的理论依据。以此为基础,将相角补偿环节引入比例谐振控制器,根据系统的奈奎斯特图与零、极点分布,分别对正弦梯度加载与非正弦加载条件下的负载力矩控制策略进行了设计与分析。最后,实验结果表明,基于比例谐振控制的负载力矩控制策略,在加载梯度仅为0.3N·m/°的情况下,将系统的加载带宽提高至20Hz,有效提高了系统的动态响应性能、加载精度、稳定性与加载带宽。