3。1。4 方向、升降舵驱动机构设计

1。 方向舵/升降舵总体方案设计

无人航行器的方向舵和升降舵分别竖直和水平安装在艇身后部，其三维模型如图3。1所示。直线步进电机驱动舵面运动，舵面的转角由角度传感器检测，检测的角度信号送给工控机，经相关程序处理后发送给PLC使用。

图3。1 方向、升降舵三维模型

2。 方向舵/升降舵驱动机构方案设计

方向舵/升降舵系统主要包括舵面、舵轴、舵轴支架、摇杆、滑块等零件。舵面与舵轴相联，舵轴穿过与艇身固联的，直线步进电机带动滑块运动，滑块带动拨杆可以使舵面在一定范围内转动，从而实现无人航行器方向与升降的控制，结构三维模型见图3。2。

（a）方向舵驱动机构三维模型              （b）升降舵驱动机构三维模型

图3。2方向/升降驱动机构三维模型

方向舵与升降舵驱动机构中的滑块左右运动范围均为-70mm-+70mm。

3。1。5 步进电机及驱动器的选择

1。 步进电机的选择

方向舵升降舵的电机选择支线步进电机，其输出轴为丝杆结构，丝杆导程可根据需要选择，这种结构的步进电机的优点是可直接将旋转运动通过丝杆螺母副（在此工程项目中螺母为滑块结构）转换成支线运动。因此，可较大程度的简化机械结构，这在空间狭小的艇身内部显得尤为重要。选择步进电机作为动力源还有以下的考虑：

1）步进电机停转的时候具有最大的转矩，有益于舵面位置的保持

2）每一步的误差在3%左右，且无累计误差

3）舵面的转速与舵面的转角分别与步进电机的工作脉冲频率和步进电机接收到的脉冲数成正比。通过控制脉冲频率与脉冲数可实现对舵面运动状态的精确控制。

本文中使用的直线步进电机为深圳美蓓亚斯公司86mm两相混合式丝杆直线步进电机，型号为86-12456-X，为保证较高的推力输出，且滑块移动速度无过高要求，丝杆导程选用较小尺寸。实物照片见图3。3，具体参数见表3-4。

图3。3 美蓓亚斯86mm两相混合式丝杆直线步进电机实物图

      表3-4 美蓓亚斯86mm两相混合式丝杆直线步进电机参数表

型号 86-12456-X

工作电压（VDC） 24

相电流（A） 5。6

相电阻（Ω） 0。5Ω±10%

保持力矩（N。m） 10

电机长度（mm） 124

最大推力（N） 2000

导程（mm） 2。54

（续）

步长（1。8°）（mm） 0。12

丝杆长度（mm） 150

2。 步进电机驱动器的选择

选用与步进电机配套的MAD556R两相步进电机驱动器，它可进行较大力矩输出，脉冲速度快。同时具有噪音低，发热少等特性，可通过PC软件自动设置驱动器的工作细分、工作电流。外形尺寸为118×75。5×34mm，安装孔距为112mm[][8]。其电气规格见表3-5。端口接线方法图见图3。4。

表3-5 美蓓亚斯MAD556R两相步进电机驱动器电气参数

参数 最小值