液压舵机系统

摘要

本文主要研究一个由液压系统驱动的舵系统，描述了舵系统的基本结构和工作原理；对气动舵系统各组成部分进行了分析，建立了全参数舵系统工程仿真模型，并对整个舵系统数学模型进行了仿真研究。通过研究该模型可以方便的分析各个参数对舵系统性能的影响，有利于改善系统的静、动态性能，对气动舵系统的研究有重要意义。并设计控制器，使得系统的输出快速准确地跟踪制导指令信号，应用Matlab编程语言进行仿真。

关键词：Matlab;Simulink;液压;仿真;建模;气动舵系统

第一章绪论

1.1课题的来源和意义

本学期，上过《导弹制导与控制系统原理》之后，为了更加的了解这门课，选了关于舵系统的一部分内容进行设计。

通过本课程的设计，能了解运用目标探测与识别，惯性导航，飞行器制导与控制等相关专业课程中的基本理论和实践知识，正确地解决探测制导与控制系统中的舵系统设计等问题。

1.2舵机和舵系统的分类

1.2.1舵机的分类

根据不同的分类标准，可对舵机进行不同的分类。

按照所采用能源不同，舵机可分为以下三类：电动式舵机、气压式舵机、液压式舵机。

不管那种类型的舵机，都必须包含能源和作动装置，能源或为电池或为高压气源（液压）。对于电动式舵机，其作动装置由电动机和齿轮传动装置组成；对于气压或液压式舵机，其作动装置由电磁铁、气动放大器和气缸或液压放大器、液动缸等组成。

1、电动式舵机

电动式舵机又可分为电磁式和电动式两种。电磁式舵机实际上就是一个电磁机构，其特点是外形尺寸小，结构简单，快速性好，但这种舵机的功率小，一般用于小型导弹上。电动式舵机以交流和直流电动机作为动力源，所以它可以输出较大功率，它具有结构简单、制造方便的优点，但是快速性差。

2、气压式舵机

按气源的种类不同，气压式舵机分为冷气式和燃气式两种。冷气式舵机采用高压冷气瓶中储藏的高压空气或氦气作为气源，来操纵舵面的运动。通常空气压力为15.20MPa，氦气可达49.65MPa。燃气式舵机采用固体燃料燃烧后所产生的

气体作为气源，来操纵舵面的运动。气压式舵机一般用于发行时间短的导弹。

3、液压式舵机

液压式舵机以液压油储存在油瓶中，并充有高压气体，给油加压。液压式舵机有体积小、质量轻、功率大、快速性能好的优点，其缺点是液体的性能受外场环境条件的影响较大，加工精度要求高，成本大。目前，液压式舵机常用于中远程导弹。

1.2.2舵系统的分类

防空导弹舵系统的种类很多，通常有如下的分类法：

1、按执行机构的能源

舵系统可分为：液压舵系统、气压舵系统、燃气舵系统、电动舵系统。其中燃气舵系统也可归类为气压舵系统，即气压舵系统包括冷气和燃气两种。

液压舵系统的优点是，体积小，比功率（单位质量的功率）大，频带宽，快速性好，负载刚度高。缺点是，作为执行机构的液压舵机（特别是伺服阀）加工复杂，成本昂贵，对污染敏感，系统维护费用高。液压舵系统多用于中、远程防空导弹上。

气压舵系统具有结构简单、造价低廉、消耗弹上能源少，对污染不甚敏感的优点。缺点是负载刚度低，频带窄，快速性差。目前采用提高气源压力，改进关键件的结构设计和改进密封方法，以及改进制造工艺等，可使快速性和负载刚度都有明显的提高。气压舵系统多用于中程防空导弹上，也是用于远程的。

燃气舵系统具有质量轻，快速性好，体积小和成本低的优点。但燃气舵机的电磁机构在高温和燃气的污染下，工作寿命短。因此，这种舵系统只适合于近程小型防空导弹应用。

电动舵系统的执行元件通常为直流伺服电动机。电动舵系统的突出优点是能源单一，结构简单，工艺性好，可靠性高，使用维护方便，成本低廉。特别近十年来电动机的性能有了突飞猛进的发展，在快速性、负载刚度、温升等方面都比以前有明显的改善，因而在战术导弹中又受到广泛的注意。电动舵系统多用于近程小型防空导弹。

2、按反馈形式

舵系统可分为位置反馈舵系统，速度反馈舵系统，气动铰链力矩反馈舵系统，

开路工作状态舵系统等。

3、按差动形式

舵系统可分为机械差动舵系统和电差动舵系统等。

1.3 舵系统设计的要求

1.3.1舵系统设计一般要求

1、应满足控制系统提出的最大舵偏角和空载最大舵偏角速度的要求

2、应能输出足够大的操纵力和操纵力矩，以适应外界负载的变化，并且在

最大气动铰链力矩状态下，应具有一定的舵偏角速度队舵面的反操纵作用，应具有有效的制动能力，或称刹车能应具有足够的带宽，以满足弹上飞行控制系统的需要：体积小、质量轻、比功率大、成本低、可靠性高及便于维护。

1.3.2设计中应该考虑的问题

除以上一般要求外，随着驾驶仪的不同，以及导弹的战术技术指标的不同，

舵系统设计中应该考虑问题的侧重面也就不同。在具体设计中应有针对性。设计中常常遇到下述问题需要解决。

1、采用哪些类型的舵系统最为有利？这取决于对舵系统的具体要求；弹上提供的能源类型，执行机构在弹上布局的空间大小；可供选择的执行元件系列；国内生产水平和工艺水准；产品的继承性。

2、采用哪种反馈形式？反馈从何处引入？对中、远程防空导弹，通常采用

液压或气压舵系统，而且均采用位置反馈。对近程防空导弹，多采用电动舵系统或燃气舵系统，反馈方式常采用舵偏速度反馈，或气动铰链力矩反馈，或者舵面做成特殊形状，不用反馈，开路工作。反馈从何处引出比较合理，也值得注意，从图2-1可以看出，对中、远程防空导弹，由于操纵机构（包括舵面）惯量大、刚度低，属于阻尼很小（05.0≈ch ζ），固有频率较低（Hz f ch 40≈）的二阶环节，同时还有明显的非线性（如间隙特性）。如果直接采用舵偏角反馈（即图2-1中2,3接通），则操纵机构这个环节包入舵系统内，这样要设计一个性能良好、快速性高的舵系统就十分困难。相反如果采用舵机连杆位移X 的位置反馈（即图2-1中1,3接通），操纵机构不包括在舵系统内，则能很方便地设计出性能优良的快速舵系统。