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1  引言

1.1  课题背景概述

现代战争发展趋势对武器命中精度的要求不断增加，制导武器在未来战争中 将占有重要地位。舵机系统，本质是一个机电作动系统，通过控制电机或者电器 的运行直接或者间接的控制负载的运动，实现舵翼的位置伺服，广泛运用于航空 航天位姿控制和制导弹药的弹道修正机构上。按照能源形式分类，舵机可分为电 动舵机、液压舵机、气压舵机三大类，按照作用方式的不同，电动舵机又可分为 电动机式和电磁式两种[1,2]。目前国内外舵机技术多用于导弹，这类舵机具有体 积大成本高的特点，而为实现对炮射弹药的弹道修正，就需要研制新型低成本、 小体积的舵机系统。

相比于气压舵机、液压舵机，电动舵机系统能源供应单一，具有简单廉价、 加工维护方便、可控性好等诸多优点，近年来吸引了大量科研人员的参与研究， 在制导弹药上有广泛的运用[3-6] 。弹体在飞行过程中，电动舵机通过调节弹体上 活动翼片的几何位置，改变弹体所受空气动力，进而修正弹体飞行轨迹，达到减 小工况扰动带来的误差，提高命中精度的目的。电动舵机作为制导武器核心部分 之一，对提高武器性能起着关键作用，因此对电动舵机的深入研究显得十分重要。 电磁式舵机的运动具有不连续性，舵翼只能在正最大偏角、零位置以及负最大偏 角之间切换。虽其结构简单，但不便于控制，故采用较少，所以本文电动舵机特 指电动机式。文献综述

1.2  电动舵机技术的国内外发展现状

1.2.1 舵机用电动机的研究现状

1.2.2 减速器的研究现状

1.2.3 控制器的研究现状

1.3  本文的主要内容

1.3.1 本文的主要工作

文本围绕舵机的主要功能模块，在参考已有舵机设计方案的基础上，根据具 体的战术指标性能要求，对舵机系统中的传动减速模块、系统控制方案以及控制 电路进行了设计和仿真。参考现有理论方法，设计 3K(Ⅱ)型行星齿轮减速器； 根据系统的性能要求和参数，为舵机系统设计三闭环 PID 控制结构并进行参数整 定；在控制系统设计完成后，为实现控制过程和通讯功能，设计了精简控制电路。

本文主要工作： a)根据舵机负载和体积要求，选择合适传动比和电机

b) 根 据 传 动 比 设 计 3K( Ⅱ ) 行 星 齿 轮 减 速 器 和 锥 齿 轮 各 参 数 并 利 用 SolidWorks 进行建模

c)根据舵机负载和系统参数，设计三闭环舵机控制系统并利用 Matlab 进行 参数优化

d)为实现数字化控制，设计控制电路利用 Altium Designer 进行原理图绘制

1.3.2 本文的结构

本文全文由四大部分组成。第一部分为引言(第一章)，详细阐述了全文 所及内容的技术现状、发展趋势、研究目标、技术路线等。第二部分为舵机减速 传动模块的设计，对行星齿轮减速器的原理和设计方法进行了对比分析设计了一 种小型简易的减速机构，对设计减速器的各项参数进行了详细计算。第三部分为 舵机控制系统的分析，这个部分详细介绍了 PID 控制方法和三闭环控制系统的原 理与设计方法，对三闭环的结构参数进行了整定。第四部分为控制电路设计，此 部分围绕 DSP 芯片 TMS320F2812 展开功能模块的设计。第五部分总结与展望，总 结本设计的特点和优点、指出本设计还存在的不足，对下一步工作进行了展望。 1.3.3 性能要求