电动舵机是飞行器控制其位姿的末端执行机构,随着飞行器向高速、高机动能力方向的不断发展,对电动舵机的精度、响应速度、功率密度等性能提出了更高要求。由于行星滚柱丝杠具有高刚度、高功率密度、高承载能力的优点,本文采用行星滚柱丝杠作为电动舵机的直线驱动元件,开展行星滚柱丝杠式电动舵机系统设计及其特性研究,为研制高精度、高响应、高功率密度的电动舵机提供理论依据和技术支持,具有重要的科研价值与实际意义。本文以最优传动角建立目标函数,运用优化综合法对电动舵机传动机构参数进行了设计;计算了舵轴输出行程范围内任意位置对应的电动舵机传动机构瞬时传动比;分析了动态负载条件下电动舵机传动机构的受力状态;研究了电动舵机传动机构的瞬时摆动力与摆动力矩;运用拉格朗日方法建立了行星滚柱丝杠动力学模型,并分析了其螺纹接触点处相对滑移速度和螺纹参数之间的关系。行星滚柱丝杠式电动舵机传动机构产生的弹性变形是影响舵机系统位置精度的重要因素,本文将电动舵机传动机构划分为“旋转-直线”与“直线-旋转”两个传动部分,并分别建立了弹性动力学模型,通过求解弹性动力学方程得出电动舵机传动机构的刚度曲线,分析了传动机构的弹性角位移与刚性角位移的关系。电动舵机的动态特性直接影响飞行器的可靠性与安全性,本文利用ANSYS仿真软件分别对电动舵机传动机构及行星滚柱丝杠进行了模态分析与谐响应分析;综合考虑了加工误差、装配误差等因素导致电动舵机传动机构产生的间隙,采用ADAMS对电动舵机传动机构进行了动力学仿真,分析了不同间隙作用下的电动舵机的位置跟踪性能。飞行器在高速机动、高度变化时,气动扭矩变化导致电动舵机内部参数随时间不断变化,为实现控制器对电动舵机时变参数的有效适应,本文研究了基于模型参考自适应控制策略与PID控制策略相结合的控制方法,以实现电动舵机系统较好的位置跟踪性能;并借助MATLAB/Simulink搭建了仿真平台,分析了该控制器的控制性能;最后搭建了行星滚柱丝杠式电动舵机的等效实验平台,进行了不同幅值与频率的正弦位置指令的跟踪实验,验证了控制算法的有效性。