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舵机是制导炮弹的执行机构,其功能就是把弹载计算机的控制信号转换成舵片的舵偏角,进而实现弹体飞行姿态的调整达到制导目的。为了适应精确制导的技术发展需求,舵机的研究迫切需要从简单的舵片定向定角度偏转向角位移伺服比例控制转变。为了能增大舵机角度工作范围,使输出角度变得可以比例调节,提高舵机系统动态特性、稳态性能。本论文把经典俄产D02红土地BANG-BANG式气动舵机改进设计成闭环角度比例控制舵机。具体研究内容包括以下几个方面:调整设计舵机气路、各模块空间位置,为传感器、控制器等功能补充部件留出装配空间;重新设计解锁开舵装置,减少火工品使用量,保证舵机可靠性;改进设计气动减压阀,提高其可靠性和稳态性能;研究设计正切传动机构和十字交叉轴联轴器,增大传动系统稳定性、高效性。对机械结构设计结果进行有限元仿真分析,主要包括:解锁机构的静力学、气密性仿真分析;气动减压阀模态分析;正切传动机构动力学仿真分析;十字交叉轴联轴器静力学仿真分析等。根据仿真结果验证结构改进设计后的可行性、可靠性。依据经典PID专家经验和模糊控制知识,设计本舵机的自整定模糊PID控制器,对舵机简化模型进行控制仿真分析,对比所设计舵机智能控制器与经典PID控制器的控制性能,前者有更好的动态特性、稳态性能和大扰动强鲁棒性。运用PWM脉宽调制设计舵机驱动器,同时利用节流孔流量公式设计驱动器气压反馈环节,以进行PWM占空比气压校正。驱动器气压校正环节的引入不但保证了整个控制系统的稳定性,更能实现PWM占空比的实时跟踪校正,提高动态控制的效率。建立舵机ADAMS动力学模型,设置铰链力矩、气缸摩擦力等边界条件,联合控制驱动器的Simulink模型,进行全系统动力学仿真。对比经典PID控制和自整定模糊PID控制下全系统仿真结果,后者具有更好的控制性能,同时修正气源扰动和负载扰动,通过仿真结果看出本舵机伺服系统除了优良的动态、稳态特性,还拥有很好的大扰动鲁棒性,设计结果合格。