全电/多电飞行器舵机传动系统由电动舵机、传动机构、舵面以及控制系统所组成,其性能对飞行器的动态飞行品质和控制精度具有重要影响。根据电动舵机(EMA)结构组成,建立其系统动力学方程,并基于AMESim软件通过图形化建模方式建立其动力学模型。基于Virtual.Lab Motion软件建立传动机构动力学模型,此模型考虑了含间隙非线性接触碰撞效应、构件弹性变形和舵面负载等因素的影响。基于Coupled主从耦合联合仿真方式,建立舵机传动系统联合仿真模型。基于综合性能实验台开展了舵机扫频实验,并与仿真结果进行对比。结果表明仿真结果与实验结果误差较小,验证了舵机传动系统联合仿真模型的正确性。

传统机型的电动舵机传动装置采用圆柱齿轮传动,存在质量大、空间结构复杂及传动级数较多等诸多问题,因此,传动效率较低。针对上述问题,运用谐波齿轮传动代替圆柱齿轮传动,确定装置的总体方案、零部件结构。利用Creo软件建立传动装置三维实体模型,并经加工制造、安装、试运转,完成原理样机的试制工作。研究结果表明,将谐波齿轮传动应用到电动舵机传动装置的方案可行,为优化电动舵机传动装置的理论研究和实验研究奠定了基础。

采用无刷直流电动机的电动舵机使用经典的PID控制方法通常无法达到预期控制效果,文中在建立了电动舵机和无刷直流电动机的数学模型基础上,通过相平面分析,设计了基于相平面的PID控制器,并利用MATLAB中PSB对舵机驱动模块和BLDCM进行建模仿真,实验仿真结果表明,该方法可以有效地加快系统响应,减小系统超调,同时提高了系统抗负载干扰的能力,改善了控制性能。

颤振是一种危险的气动弹性失稳形式,舵机动刚度对舵系统的颤振特性具有不可忽视的影响,因此舵机的精确建模与仿真分析十分有必要。针对此问题,提出了一种电动舵机模块化建模方法及动刚度计算机模拟方法。以"直流电机-减速齿轮-滚珠丝杠-拨叉副"典型结构的电动伺服舵机为对象,将其分解为具备核心功能的子模块,充分考虑了实际结构中可能出现的主要非线性因素,再根据子模块之间的连接关系来搭建整体的舵机模型。基于该舵机模型,提出了利用步进正弦扫频信号激励、最小二乘法数据处理得到动刚度的计算方法,并以某舵机为算例,开展了舵机主要线性参数及非线性因素对舵机动刚度影响的研究。电动舵机模块化建模方法通用性好,便于不同舵机的拓展。电机转子阻尼、减速器的传动比以及输出轴处的阻尼对舵机的动刚度影响很大,间隙、接触刚...

针对电动舵机加载要求，设计了以交流伺服电机做加载设备的舵机电动伺服加载实验台。此加载装置用于测试电动舵机在近似于真实工作环境下承受各种载荷时，电动舵机可能出现的状况。给出电动加载系统的整体结构及其工作原理，介绍所采用的抗电磁干扰措施。建立电机和力矩传感器的数学模型，给出加载实验台的静、动态性能测试结果。实验结果证实加载试验台可以满足设计要求。