无人机舵回路及其新型控制策略设计和应用摘要：以无人直升机飞行控制系统研制实际需要为背景,运用高集成AVR单片机设计了数字式舵回路控制器,根据嵌入式计算机系统实现舵回路控制律要求,设计并实现了舵回路数字式控制律。采用变参数调节控制律可使舵回路控制性能达到理想状态,有效避免了系统超调和积分饱和。舵回路控制参数的在线调整,实现了不同被控对象／不同状态的有效控制,拓展了数字式舵回路的适用场合。在综合汲取伺服电机调制模式基础上,提出了复合PWM模式和“极性比”概念,实现了数字式舵回路低功耗之目的。文中给出了部分试验结果和应用实例。结果表明,所设计的低功耗数字式舵回路是成功的,该舵回路不但功耗低，体积小,而且抗干扰能力强。??关键词：数字式舵回路;控制律实现;功率驱动;低功耗;试验与应用;无人飞行器?ぶ型挤掷嗪牛?TP273文献标识码：A：1005-2615(2010)06-０7０4-06DesignandApplicationofServoSystemandItsNewtype??ControlStrategyforUAVXiaQingyuan,Xu激nfa??(NationalKeyLaboratoryofRotorcraftAeromechanics，??Nan激ngUniversityofAeronautics＆Astronautics,Nan激ng,210016,China)?お?Abstract:AdigitalservocontrollerwithAVRmicrocontrollerisdesignedtomeettheactualnecessityfordevelopingtheflightcontrolsystemfortheunmannedaerialhelicopter.Accordingtotherequirementsoftheembeddedcomputersystemandtheservosystemcontrollaw,thedigitalservocontrollawisdesignedandimplemented.ThecontrolperformancecanbeimprovedduetoadoptingvariableparametercontrollaTheovershootandtheintegratingsaturationarealleviated.Becauseitscontrolparameterscanbeadjustedon-line,theservosystemcancontroldifferentcontrolplantsindifferentstates.Itsapplicationfieldcanbeexpanded.Amixed-PWMmodeanda″PolarScale″conceptareproposedaftertwobasicmodulationmodesareanalyzedandsynthesizedfortheservomotordriver.Theobjectiveforreducingthepowerconsumptionofthedigitalservosystemisachieved.Testresultsandpracticalapplicationsaregiven.Resultsdemonstratethatthedesignofthelow-powerdigitalservosystemissuccessful.Thedesignedservosystemhasadvantagesofthelow-powerconsumption,thesmallsize,andthestronganti-interferenceability.??Keywords:digitalservo-actuator;controllawimplementation;powerdriving;lowpowerconsumption;testingandapplication;unmannedaerialvehicles在无人飞行器(UAV)中，舵回路是飞行器控制系统中的一项关键的驱动执行部件，它的性能直接影响飞行器的飞行控制效果和飞行品质。在固定翼飞机飞行控制中，舵回路驱动左右副翼面、升降舵面、方向舵面等；在直升机飞行控制中舵回路驱动自动倾斜器、尾桨桨距，起到改变作用在飞行器上的外力作用，实现对飞行器的控制与稳定。作用在飞行器动力控制系统的舵回路，起到驱动发动机和油门调节作用，从而实现了对飞行器动力系统的控制与稳定。??目前无人飞行器上所用的舵回路通常采用直流电机直接驱动控制舵面,优点是结构简单、质量轻便、可控性强、响应快等,不利因素是舵回路完全由直流电机做功率推动,电机的需求功耗比较大,对航电设备要求高;舵回路的动态性能直接取决于直流电机,无法进行有效局部调节,从而飞行器控制性能只能取决于飞行控制／动力控制回路性能。随着永磁直流电机技术和数字驱动控制技术的发展,舵回路不断得到有效的改进和应用。国内外不少科研院所都在致力于这方面的研发工作,陆续有一些产品出现在无人飞行器的控制系统中,如美国的“捕食者”、“全球鹰”无人机及法国的“美洲豹”等,驱动控制系统逐步由数字式控制所取代,功率也得到大幅度下降,有利于机载功耗的配置大幅降低［1-3］。??当前国内许多科研院校和企业单位相继开展了适合特定用途的中小型无人飞行器的研究,这些无人飞行器上的舵回路一般采用电动式舵回路［４］。在无人飞行器的机载航电系统中,舵回路的功率消耗在整个机载航电设备里占有比较大的比例。降低舵机功率消耗是舵回路设计的一...