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第1章 绪论 1

1.1 中小型智能弹药舵机系统 1

1.1.1 智能弹药概述 1

1.1.2 中小型智能弹药 5

1.1.3 中小型智能弹药舵机系统 6

1.2 舵机的分类 7

1.2.1 液压舵机 7

1.2.2 气动舵机 12

1.2.3 电动舵机 15

1.2.4 阻尼舵执行机构 18

1.3 智能材料舵机 23

1.4 舵机系统的国内外研究现状及发展趋势 24

1.5 舵机系统的集成设计问题 26

1.6 舵机设计过程 27

1.7 舵机系统设计方法 29

第2章 电动舵机系统总体设计 31

2.1 电动舵机系统设计的基本原则 31

2.2 电动舵机分类 32

2.3 电动舵机系统的性能指标 33

2.3.1 一般性能 33

2.3.2 静态性能 34

2.3.3 动态性能 39

2.3.4 力学性能 40

2.3.5 可靠性 41

2.4 电动舵机系统结构总体设计 41

2.4.1 电动舵机系统使用环境分析 41

2.4.2 舵片与舵效力学参数匹配 42

2.4.3 电动舵机系统内部组成与布局 43

2.4.4 舵片折叠及展开 46

2.4.5 传动方式选择及动力学参数匹配 48

2.4.6 电动舵机系统抗过载设计 49

2.5 电动舵机系统电气总体设计 50

2.5.1 电动舵机系统控制方式 50

2.5.2 电气接口及通信协议 51

2.5.3 电动机参数匹配及选型要求 56

2.5.4 传感器参数匹配及选型要求 57

2.5.5 控制电路原理方案及功耗估算 59

2.5.6 电池参数匹配及选型要求 60

2.5.7 电磁兼容性设计原则 61

第3章 电动舵机系统结构设计 64

3.1 舵机空间布局及气动布局 65

3.1.1 正常式布局 66

3.1.2 无尾式布局 68

3.1.3 无翼式布局 69

3.1.4 鸭式布局 70

3.1.5 旋转弹翼式布局 74

3.1.6 气动布局 77

3.2 栅格舵片结构 78

3.3 减速器典型结构 83

3.3.1 常规齿轮减速器 83

3.3.2 行星齿轮减速器 88

3.3.3 蜗轮蜗杆减速器 90

3.3.4 谐波齿轮减速器 96

3.3.5 滚珠丝杠减速器 103

3.4 不同通道舵机系统的结构 106

3.4.1 单通道舵机结构 106

3.4.2 双通道舵机结构 109

3.4.3 三通道舵机结构 109

3.5 舵机舵效空气动力学校核 110

3.6 舵机结构强度和刚度校核 111

第4章 电动舵机系统电气设计 114

4.1 电动机工作原理与选型 115

4.1.1 有刷直流电动机 115

4.1.2 无刷直流电动机 119

4.1.3 其他类型电动机 128

4.1.4 电动机选用 134

4.2 传感器工作原理与选型 137

4.2.1 舵片运动与位置测量传感器 137

4.2.2 弹丸滚转姿态测量传感器 140

4.3 弹载电池工作原理与选型 149

4.3.1 锂电池 149

4.3.2 热电池 155

4.4 舵机系统控制电路工作原理 162

4.4.1 电源管理电路 162

4.4.2 传感器信号采集电路 167

4.4.3 电动机驱动控制电路 169

4.4.4 与弹载计算机通信的电路及协议 179

4.4.5 导线及接插件选型 186

4.4.6 布线规则与测试点设置 187

4.5 弹载高速数据记录仪工作原理与选型 188

第5章 电动舵机系统建模与仿真 190

5.1 建模与仿真概述 190

5.1.1 系统的分类 190

5.1.2 系统的特性 191

5.1.3 系统的评价 192

5.1.4 系统的三要素 192

5.1.5 系统的建模 193

5.1.6 建模过程 193

5.1.7 仿真 195

5.1.8 仿真研究的步骤 196

5.1.9 系统建模仿真流程 197

5.2 控制系统的性能指标分析 198

5.2.1 典型输入信号 198

5.2.2 系统的性能指标 201

5.2.3 一阶系统性能指标分析 202

5.2.4 二阶系统性能指标分析 205

5.2.5 高阶系统单位阶跃响应 214

5.3 非线性系统的线性化分析 215

5.3.1 非线性系统概述 215

5.3.2 非线性系统的主要特征 216

5.3.3 非线性系统的分析方法 217

5.3.4 非线性系统的线性化 218

5.3.5 非线性系统的描述函数法 221

5.3.6 多个非线性环节的描述函数法 225

5.3.7 使用描述函数法分析非线性系统 227

5.3.8 非线性改善及非线性特性的应用 232

5.4 舵机系统核心要素的数学建模 234

5.4.1 电动机的数学建模 234

5.4.2 负载的数学建模 238

5.4.3 传感器的数学建模 241

5.4.4 减速器的数学建模 241

5.4.5 功率驱动器的数学建模 242

5.5 控制系统的MATLAB仿真 243

5.5.1 MATLAB仿真介绍 243

5.5.2 利用MATLAB进行系统仿真 245

5.6 舵机系统动力学建模与仿真 252

5.6.1 常用的动力学建模与仿真软件介绍 252

5.6.2 动力学建模与仿真的一般步骤 254

第6章 电动舵机系统控制算法 263

6.1 PID控制算法 265

6.1.1 PID控制器 265

6.1.2 PID控制算法 269

6.1.3 PID控制器设计与舵机系统仿真 273

6.2 模糊控制算法 277

6.2.1 模糊控制的理论基础 277

6.2.2 模糊PID控制策略 279

6.2.3 模糊PID控制器的设计 283

6.3 神经网络PID控制算法 292

6.3.1 神经控制器基本结构 292

6.3.2 神经元PID控制器 295

6.3.3 单神经元自适应PID控制器 296

6.3.4 基于BP神经网络参数自适应PID控制器 298

6.4 滑模变结构控制算法 302

6.4.1 滑模变控制结构控制系统 302

6.4.2 滑模变控制结构控制算法设计 309

6.5 H∞控制理论 311

6.5.1 H∞鲁棒稳定性理论 311

6.5.2 H∞范数与H∞空间 312

6.5.3 H∞控制器设计 313

第7章 舵机系统的地面试验 316

7.1 舵机系统地面试验简介 316

7.2 地面模拟加载试验 317

7.2.1 地面模拟加载的概况 317

7.2.2 舵片摆动型舵机地面模拟加载系统 319

7.2.3 舵片固定型舵机地面加载系统 320

7.2.4 地面模拟加载试验步骤与方法 320

7.3 舵机系统风洞试验 322

7.3.1 风洞试验的地位与作用 323

7.3.2 舵机系统风洞试验系统 324

7.3.3 风洞试验的步骤与方法 330

7.4 试验数据回读与分析 332

7.5 试验报告撰写及注意事项 333

7.5.1 试验报告撰写 333

7.5.2 试验过程中注意事项 333

参考文献 336