随着对太空探索技术的不断发展,对航天器体积和重量的需求远远超出了火箭的运载能力,需要大量的空间机器和机械臂系统来完成在轨装配、维护、维修等工作。作为典型的舱外多自由度机电一体化系统,在恶劣的空间环境作用下,空间机器人自身也会出现性能衰退甚至失效的情况,因此面向空间机器人的故障检测和容错控制技术引起了国内外广泛关注。本课题以空间机械臂关节容错控制为背景,对机械臂关节伺服系统中的位置传感器故障检测和容错控制技术展开了深入研究。论文首先从空间机械臂关节电机伺服驱动系统的结构出发,分别介绍了旋转变压器和霍尔传感器的原理和输出信号特征,并对永磁同步电机方波控制方法进行分析。然后通过永磁同步电机的数学模型,分析永磁同步电机的矢量控制策略和SVPWM调制方法,使用仿真比较SVPWM调制和RPWM调制方法在电机转速、转矩方面控制效果的优势。然后对失效旋转变压器的故障检测和容错控制展开深入研究,首先基于离散霍尔位置传感器信息完成旋转变压器的在线故障检测,然后分析了基于数字霍尔位置传感器信息实现电机转子位置估算的原理,以及霍尔传感器安装偏差对转子位置估算的影响,使用霍尔区间边界校正和卡尔曼速度滤波技术提高转子位置估算精度。在一阶泰勒展开公式估算方法的基础上使用降阶龙贝格位置观测器和混合位置观测器完成转子位置的估算,并且通过仿真和实验证明转子位置估算方法具有精度高、动态性好、不依赖电机参数等优点。为了进一步增加关节位置传感器容错的能力,对霍尔位置传感器自身故障的检测和容错控制展开研究。使用霍尔边沿状态和霍尔标量特征序列故障检测算法分别实现单个和两个霍尔传感器故障检测;进一步根据当前霍尔传感器故障类型和霍尔状态,使用降阶龙贝格位置观测器和混合位置观测器完成转子位置估算信号的补偿,实现关节电机容错控制。通过实验对两种容错控制方式进行对比,在霍尔传感器的容错控制中,混合位置观测器容错控制方法相比较降阶龙贝格位置观测器有更好的容错性能,具有估算位置误差小、电机速度、电流波动小的优点。