Adams低成本舵机系统设计(2)

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第 II 页本科毕业设计说明书

本科毕业设计说明书第 1 页

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