本文针对国内外余度舵机系统研究现状,进行了双余度电动舵机系统整体方案的研究与设计,包括电气舣余度方案与机械双余度方案设计。对包括电机本体舣余度、控制驱动双余度等在内的电气余度舵机方案的特点进行了分析;对包括齿轮直接啮合余度方式与差动行星周转轮系在内的机械力综合余度方式进行了对比研究与特点分析,在此基础上提出了一种基于滚珠丝杆传动的机械柔性力综合余度方式,该余度方式能有效解决双通道间的力纷争问题,并实现力矩与功率在两通道的平均分配,具有机械结构简单、传动精度高的优点。
　　 针对系统设计方案,对控制系统硬件与软件进行了详细的设计,完成了控制系统硬件和软件的调试。在此基础上建立了系统的动力学模型,包括伺服系统数学模型以及导轨摩擦特性模型。采用速度阶跃响应法辨识伺服系统机械时间常数,并确立了直流伺服系统为典型二阶系统结构,并推导了机械力综合机构的运动方程。以Stribeck模型为背景原理,进行了相关试验数据的测试,获得舵机系统实际的摩擦特性模型。
　　 系统实际模型的建立为控制策略与控制规律的设计提供了依据。本文在对象特性分析的基础上,在线性模型条件与非线性模型条件下进行了控制规律的设计与控制性能分析,针对控制系统的阻尼特性,分别采用了位置的PD控制与速度反馈控制,均获得了良好的控制性能,并分别在时域与频域进行了分析比较。
　　 论文最后对系统的功能与控制性能给出了实际的验证结果。结果表明,实际结果与仿真结果基本一致,系统设计满足余度舵机系统的要求。