风洞试验对于航空事业的发展起着重要作用,但时至今日,在对飞机模型进行舵面变角度时,仍需人工更换变角度块,试验效率受到制约。为了提高风洞试验的效率,降低成本,自动变舵面系统不可或缺。为突破以往的电动变舵面系统承载铰链力矩小的制约,本文开创性的设计了直驱式容积控制（DDVC）变舵面系统来实现在大负载工况下对舵面的高精度控制。文章主要从系统的整体设计、结构优化设计以及控制策略等方面进行了研究。首先针对设计指标要求,本文比较了电动变舵面与DDVC变舵面的伺服刚度,选用了DDVC变舵面的方案。并且将变舵面系统分成了变舵子系统和锁紧子系统两个部分,并对两个子系统分别进行了整体设计与关键零部件的设计、分析与选型,利用数值计算与流固耦合仿真结合的方式对变舵子系统中的关键部件——叶片式摆动马达进行了密封性能的分析。其次为保证传动机构的传动精度,考虑了间隙、弹性变形、加工误差以及装配精度对舵面输出精度的影响,建立了误差分析模型,并结合设计精度要求从实际加工的角度给出了合适的配合间隙,通过基于参数的多学科优化软件ISIGHT对传动机构的结构进行了优化设计,并建立了合适的优化条件与设计目标函数,将机构的弹性变形对传动精度的影响降到了最低。最后本文建立了变舵面系统AMEsim/Simulink的复合模型,对变舵子系统建立了位置伺服控制系统,对锁紧子系统建立了压力反馈的压力控制系统。本文将变舵子系统的抗扰问题作为研究的重点,通过自抗扰控制策略将系统内部的建模不精确性、高度非线性以及系统外部存在的干扰统一成为总扰动,设计了扩张状态观测器估计和观测总扰动,并通过设计合适的反馈控制率对总扰动进行补偿,实现了较好的控制效果。对锁紧子系统,通过压力控制回路保证了锁紧夹具所需的压力,实现对稳定后的舵面进行锁紧。