小型高精度弹载舵机系统设计

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舵机系统作为飞行导弹的核心组成部分,其控制性能的优劣直接决定飞行导弹命中目标的精度。目前常用的弹载舵机系统包含液压舵机系统、气动舵机系统和电动舵机系统。液压舵机系统结构复杂、环境需求高同时加工精度高;气动舵机系统需要特定的气源且维护性差。电动舵机系统的环境适应能力强、体积小和可靠性高。为满足弹载舵机小型化、高精度和数字化的要求,以电动舵机系统为研究对象,从舵机本体结构和电路模块集成化进行设计。主要研究内容如下:
  首先,设计弹载舵机系统整体方案。该系统由伺服系统驱动部分和舵机本体两部分组成。伺服系统驱动部分主要包括以ARM Cortex-M7为内核的STM32H7系列的主控芯片、舵机系统驱动芯片L6205和隔离电路等。舵机本体由四只舵机组成,每只舵机包含直流电机、减速装置和电位器。为满足小型化高精度的设计要求,减速装置采用由锥齿轮和谐波齿轮构成的二级传动。
  然后,建立弹载舵机系统数学模型并对控制技术进行研究。采用PID控制算法,对其进行仿真分析和工程实现,各项指标均满足系统设计要求,同时留有较大的裕量。为进一步改善系统性能,引入滑模变结构控制算法,仿真结果表明:舵机系统无超调量,达到稳定值的时间缩短了0.15s左右,性能参数得到提升。
  最后,采用模块集成化思维,设计弹载舵机系统的硬件电路,并搭建实验测试平台,同时开发弹载舵机系统测试软件。在低温(-40℃)、常温和高温(+60℃)环境下对舵机系统进行多次测试优化,各项指标均达到设计要求,工作性能稳定。证明了设计方案的可行性,具有良好的工程实用性。
  
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