空间机械臂是实现空间站在轨组装和空间设备在轨维护的关键设备之一,由于空间机械臂由多个关节构成,其自身构型的变化以及机械臂末端负载的变化,会使机械臂单关节空间的负载转动惯量发生变化,导致机械臂关节伺服系统控制性能下降,而空间机械臂对控制响应性能要求很高,为了在不同系统参数下关节伺服系统都能具有良好的动静态性能,需根据负载转动惯量的变化对控制器参数进行在线优化。本文首先,针对空间机械臂单关节伺服系统建立了电流环、速度环、位置环三环数学模型,根据闭环幅频特性峰值最小原则完成了速度环的控制器设计,确定了控制参数与负载的关系。根据临界比例法完成了位置环的控制器设计。通过仿真实验验证了三环控制器参数设计的合理性,同时也分析了负载对速度和位置响应的影响。其次,在考虑阻尼系数影响的情况下,基于模型参考自适应方法进行了负载转动惯量的辨识,分别利用超稳定性理论和朗道离散时间递推参数辨识机制设计自适应律,通过仿真实验验证了两种辨识方法的可行性,同时也表明了超稳定性理论辨识算法比朗道离散时间辨识算法的辨识速度快,稳定性强。然后,搭建实验平台,对两种辨识算法进行了实验研究,分析了两种方法的适用场合,实验结果验证了本文所提出的辨识算法的有效性和可行性。最后,根据负载辨识结果和速度环的数学模型完成了速度环控制参数的在线优化。针对位置环,由于其控制对象参数不确定性,采用广义预测控制对其控制参数进行优化,先对位置环的未知参数进行辨识,然后推导Diophantine方程得出位置环控制器参数。通过仿真实验表明了采用本文参数优化方法使关节的速度和位置都有较好的响应。