近年来,随着科学的发展和社会的进步,无人机技术取得了飞速的发展,其中小型长航时无人机以其多用途、长航时的特点,在军用和民用领域都具有广泛的应用需求。电动舵机作为控制系统的重要执行部件,其性能优劣对整个系统起着至关重要的作用,直接影响着无人机飞控系统的控制性能和无人机的安全性能。为满足小型长航时无人机对电动舵机的使用需求,本文开展了小型长航时无人机电动舵机的研究工作,具体研究将从总体方案设计、结构设计、控制算法设计以及控制器设计四个方面展开。总体方案设计方面,确定了以无刷直流电机作为电动舵机的动力来源,以行星齿轮减速器作为传动机构,以电位器作为位置反馈装置的设计方案。该方案兼顾了负载转矩和转速要求,提升了电动舵机的工作效率;确定了以STM32作为主控芯片,以IR2136s+MOSFET全桥电路作为驱动电路的硬件设计方案,降低了电路设计的复杂程度,提升了电路的可靠性。结构设计方面,针对行星齿轮减速器输出轴与同轴式电位器不易连接的问题,本文提出了一种将空心轴电位器直接套接在行星齿轮减速器输出轴上的新型设计形式。该设计形式省去了联轴器,在空间上更为紧凑,有利于电动舵机的密封性设计,保障了减速器输出轴与电位器输入端的同轴度,提升了电动舵机控制的准确性。控制算法设计方面,本文首先采用经典PID控制对电动舵机系统进行控制,从时域和频域的角度对控制性能进行了分析,其控制效果可以满足本课题使用需求。为了进一步提高系统的响应速度和控制精度,本文提出了基于指数趋近律的滑模变结构控制策略,对趋近滑模面的过程进行了优化。通过对两种控制策略进行仿真对比分析,证明该控制策略能够保证系统具有快速的响应特性,同时提升了滑动模态到达过程的动态品质。控制器设计方面,设计了包括主控电路、驱动电路、电源电路、采样电路以及串口通信电路等在内的硬件电路。从设计的可靠性出发,选用功率驱动器件时留有一定的余量;针对驱动电路易过流的问题,设计了过流保护电路,保证整个硬件电路能够安全可靠工作。基于设计的硬件电路完成了嵌入式系统的软件设计,实现了对无刷电动舵机的可靠控制。基于以上设计,研制了小型长航时无人机电动舵机的试验样机,对系统的基本控制性能进行了测试,验证了设计的正确性。