[发明专利]一种40mm弹径三通道数字电动舵机系统

说明书

本发明涉及一种40mm弹径三通道数字电动舵机系统，其目的是解决现有40mm弹径三通道数字电动舵机系统采用涡轮蜗杆减速器方案、齿轮箱减速器方案和滚珠丝杆减速器方案在40mm弹径三通道数字电动舵机系统的狭小空间内的性能均无法完全满足要求的问题。该系统包括舵舱和N个舵面，以及设置于舵舱内的电路模块、N个电机、N个减速器和N个电位器；N≥3；所述电路模块包括控制电路板、驱动功率电路板、电连接器、M个电路板安装柱、M个电路板安装块、M个第一安装螺栓和M个第二安装螺栓。电机为永磁有刷直流空心杯伺服电机；减速器采用谐波减速器；电位器采用精密旋转导电电位器。

技术领域

本发明涉及一种电动舵机系统，具体涉及一种40mm弹径三通道数字电动舵机系统。

背景技术

舵系统是导弹进行姿态控制、弹道变轨的关键部件，是导弹方向控制的执行机构。舵系统通过控制执行机构的转角使舵片上产生相应的空气动力与气动力矩，使弹体按照预定的轨迹快速飞行，舵系统性能的优劣与导弹打击精度息息相关。舵机系统由控制器、驱动器、电机、减速机构和反馈传感器组成，导弹在飞行过程中弹载计算机下达调整飞行姿态命令后，舵系统便开始工作。舵系统的控制器将来自弹载计算机的角度偏转指令转换为实际控制信号，控制信号经过驱动器将信号调制与功率放大，再经过脉宽调制电路得到脉宽调制信号PWM，通过调整PWM信号的脉冲宽度，调控电机的转向与转速，再经过减速机构传递到舵轴输出，进而控制舵片的偏转角速度，确保舵片在指定时间内响应指令偏转信号，并通过角度传感器实时地将当前舵片实际偏转角度反馈回舵系统控制器，形成闭环控制回路。

当前40mm火箭弹舵系统产品需求很大但受限于火箭弹口径小，40mm火箭弹舵系统对工艺、操作要求非常高，不少研制单位虽然在设计方案上具有可行性，但目前仍处于图纸阶段，无法装配出实物样机。有个别单位虽然已生产样机，但其结构件设计非常复杂，零件种类繁多，生产一套合格舵系统产品必须经过多次拆装，反复调试，成品合格率特别低，工艺耗时长，无法实现批量生产。

目前能够设计、生产40mm三通道数字电动舵机的科研生产单位比较少，未见可供查阅的专利文献，对40mm三通道数字电动舵机相关技术进行市场调研知，该技术主要设计难点为40mm弹口径可利用空间非常小，内部需集成控制电路、驱动电路、环形排列的4个执行机构以及控制与机构之间的电气连接，给设计、工艺以及操作都带来很大的难度。执行机构由电机与减速器组成，选择合适的电机与减速器对整个舵系统的设计至关重要，在狭小的空间内减速器设计甚至决定了整个舵系统可实施性，不同的减速器类型决定了反馈传感器在舱内的安装方式，40mm弹径三通道数字电动舵机系统目前存在以下3种设计方案：

1、涡轮蜗杆减速器方案

这种减速器单级减速比大，电机轴直接与舵输出轴垂直布置无需转置，具有自锁功能。缺点是摩擦损失大、传动效率低、精度不高和机械回差难以控制，特别是当涡轮与蜗杆磨合时间舱后，其机械空回比较大。这种设计方案整机效率低，对电机输出功率要求高，加大了对整弹电池的供电需求，由于空间受限，位置反馈传感器只能通过齿轮或者连杆等间接方式与舵面输出轴连接，对整机控制精度存在一定的影响，而且采用涡轮蜗杆很大程度上依赖其他结构件支撑固定，调试出一套性能指标合格的产品要经过多次拆装，反复调试，加大了整机装配调试难度。

2、齿轮箱减速器方案

这种减速器体积小、传动效率高。缺点是传动比分级细密连续多级齿轮减速、安装困难、制造复杂和成本高，与蜗杆一样，经过长时间磨合后，齿轮机械空回较大。这种设计方案虽解决了整机效率低的问题，但齿轮箱减速器需要减速级数多、成本高、多级齿轮占据空间大，对其他组件空间布局造成一定的压力，而且齿轮级数越多，齿轮间的传动回差就越大，对控制精度有一定的影响，加大了整机的零位误差。

3、滚珠丝杆减速器方案