导弹舵机文献综述

导弹舵机文献综述一导弹舵机现代战争对制导武器的提出了全新的要求,导弹由于具备远程打击的能力而成为制导武器中的佼佼者。作为导弹制导与控制系统的重要组成部分,舵机性能的好坏直接决定着导弹飞行过程的动态品质及制导精度。舵机是导弹控制系统的执行机构,其功能是依据控制系统的控制信号,移动调节机构以产生对分系统的操纵力矩,控制导弹舵面或副翼偏转,改变其飞行路线，实现快速机动性。导弹舵机按驱动能源的类型，可分为气压式、液压式、电动式和电磁式；按输入输出信号的关系，可分为线性式、继电式和脉宽调制式；按伺服机构中动力与负载的关系，可分为自制式和非自制式。在空空导弹中，近距型大多采用气压舵机、中距型大多采用液压舵机、属正常式气动布局的，大多采用电动舵机(ElectromechanicalActuator)。电动舵机以其简单可靠、工艺性好、使用维护方便、能源单一、成本低廉、易于控制等特性引起了人们的广泛注意和深入研究,并且在导弹上得到了广泛的应用。二、导弹电动舵机2.1导弹电动舵机2.2国外导弹电动舵机的研究现状2.3国内导弹电动舵机的研究现状三、导弹电动舵机的发展趋势3.1广泛运用无刷直流电机无刷直流电机是随着电机控制技术、电力电子技术和微电子技术的发展而出现的一种新型电机。它的最大特点就是以电子换向线路替代了由换向器和电刷组成的机械式换向结构。无刷直流电机既克服了一般直流电机由于机械换向带来的缺点,又保持了一般直流电机调速方便的特点,具有低噪声、高效率、无励磁需要、易维护、寿命长、控制结构简单等优点,有逐步取代传统直流电机的趋势。3.2广泛应用稀土材料电机随着电力电子、微电子、微机、新型控制理论及电机理论的进步,稀土永磁电动机发展十分迅速,在航空航天领域方面显示出广泛的应用前景和强大的生命力。它具有使用寿命长、体积小、质量轻、转速高、可靠性高、散热容易、出力大、转动惯量小、余度控制方便等众多优点,将逐步成为电动舵机的主流,特别适合于对性能、体积、质量要求特殊的航空航天领域。,目前，稀土永磁电动机正向超高速、高转矩大功率、微型化、高功能方向发展。3.3广泛应用交流电动机电动舵机的迅速发展与广泛应用，得益于交流伺服技术的高速发展和稀土永磁电机制造技术取得的巨大进步。20世纪70年代末期，伺服技术进入到交流化时代。世界各国相继开发出各种类型的交流伺服系统,并广泛应用于运动控制中。时至今日,交流电机己成为伺服系统的主流。与直流电机相比，交流电机具有以下优点：一是价格低廉；二是故障率底，维修简单；三是无使用场合限制；四是单机容量大。从国内外的现有产品发展来看,交流伺服控制系统大都用数字化控制。实现数字化是交流伺服控制系统的总体发展方向，先进的控制理论和控制算法及高度集成化的模块为交流电机的进一步发展开拓了广阔的前景。3.4采用高效率的传动机构和多功能化的检测反馈装置传动机构方面，发展小尺寸系列滚珠螺旋，应用圆柱齿轮传动、谐波传动、少齿差行星传动、滚珠丝杆等高速比的减速器等。在检测反馈装置方面，进一步提高减速器的性能，减小体积，传感器由模拟式向数字式转变，如采用各种编码器、感应同步器和声学、光学以及电学的各种LCR组合形式的振荡器。此外，传感器将向智能化、微型化、低功耗化、集成化、多功能化和无线化等方面发展。3.5DSP技术的广泛应用随着半导体技术的发展,数字信号处理器(DSP)的出现为人们提供了一个新的硬件平台解决方案。在电机控制领域,DSP技术的优势体现越来越突出。一个装有DSP芯片的嵌入式系统,相对于传统的处理器而言,在执行一些复杂软件和高级算法方面,有着更高的效率。在电机的数字控制系统中,早期的DSP主要用于控制算法的运算,现在,DSP可以处理几乎所有的工作。许多控制算法,包括自适应、多变量寻优、学习、自校正、神经网络、遗传算法和模糊逻辑,都可以用DSP实现。许多系统,必须估计系统参数,DSP有足够的能力在处理其它任务的同时进行系统辨识和参数估算。系统运行过程中,故障诊断和保护功能必不可少，由DSP控制器驱动的系统能够轻松地实现这些功能。另外,在许多控制系统中，DSP还可以实现非控制功能,包括与上位机的通信、界面任务和总线操作协议等。3.6先进控制策略的应用电机控制系统常用PID控制(Proportional-Integral-Differential(Controller))。PID控制是连续系统中技术成熟且应用广泛的一种控制方法,它的结构简单,不一定需要系统的确切数学模型,参数更易调整,在长期控制系统应用中己积累了丰富的经验。将PID控制应用到数字系统中,通过软件予以实现,对于大多数控制对象都能获得满意的控制效果。结合现代控制理论,人们现在又提出了很多新型的电机控制方法，如变结构控制、无传感器控制、模糊控制、神经网络控制、自适应控制、迭代学习控制、专家系统等,这些都引领着电动舵机控制策略的不同发展方向。3.7应用集成化智能功率驱动模块电力电子技术特别是电力电子器件的发展为电动舵机及其控制的广泛应用奠定了坚实的基础。从20世纪80年代开始,以全控化、集成化、高频化为特点的现代电力电子技术得到迅速发展。80年代后期,高频高压大电流的新型复合器件的发展成为电力半导体发展的重要方向,其中尤以门极绝缘双极性晶体管(IGBT)最为突出,在各个领域中有取代其它电控器件的趋势。90年代中期出现的智能功率模块(IPM),是功率器件发展的一个重要分支。目前,发达国家正在向第三代功率半导体器件-功率集成电路(PIC)方向发展。与IPM相似，PIC包含一组功率器件以及一组独立的功能电路。PIC不但能提供一定的功率输出能力,而且具有逻辑、控制、传感、检测、保护和自诊断等功能,这使得控制装置性能和可靠性得到很大的提升。3.8充分运用系统总体技术系统总体技术就是将整体的概念组织应用各种相关技术,从全局角度和系统目标出发,将总体分解成相互有机联系的若干功能单元,先找出能完成各个功能的技术方案,再将各个功能与技术方案结合方案组进行分析与评价。优选的综合应用技术,包括机电一体化机械的优化设计和CAD/CAM等技术。今后,机电一体化也将是电动舵机的一个重要发展方向。四、导弹电动舵机的关键技术及需要解决的问题五、总结高速、高效、高精度、高品质是电动舵机追求的主要目标。随主计算机技术、通信技术、光机电一体化等高新技术的飞速发展,电动舵机也必将在导弹等航空航天领域逐步发挥重要的作用,多于应用，前景广阔。当前,需跟踪国外在该领域的发展,并致力于其关键技术的研究,特别要在高性能稀土永磁材料、高效无刷直流电机及驱动、控制系统相关的余度控制、监控技术、差动和同步控制、高响应高精度控制等核心技术上有所突破。同时要积极研究、开发和应用新原理、新材料、新结构电机,如带霍尔元件的无刷电机、利用“电致伸缩效应”的压电直线步进电机、具有磁场控制能力的新结构永磁电机、非电磁原理电机、高温超导电机等,加速提升电动舵机技术水平,进一步促进国防和航空航天事业的发展。