本書圍繞舵面傳動系統中機構間隙碰撞和控制耦合問題開展了相關研究。全書共7章，涉及含間隙鉸鏈機構碰撞動力學建模理論方法、傳動機構和電動舵機動力學建模、舵面傳動系統聯合仿真建模與動態特性分析、實驗驗證等。將系統建模理論和應用實例結合，為工程設計初始階段快速有效完成系統動力學特性分析提供借鑒。
本書可供機械工程和航空航天領域的科研工作者、相關工程技術人員閱讀，也可作為高校相關專業師生的教學參考書。

黨的二十大報告指出，增加新域新質作戰力量比重，太空、深海、極地等領域技術創新是制勝未來的重要突破點之一。作為天地往返運輸并可重復使用的“空天飛機”，舵面傳動系統是高精度位置伺服系統，是飛控系統不可或缺的組成環節，其性能對飛行器的飛行路徑和控制精度具有重要影響。隨著航空/航天工程的快速發展，對系統提出了高速、高精度、高效率、高可靠性及長壽命等一系列設計和使用要求，機構運動副中普遍存在的間隙及接觸碰撞會導致機構出現動態輸出振蕩、運動精度下降、可靠性和使用壽命降低，甚至功能失效等問題，因此，對于舵面傳動系統，不僅要考慮其控制問題，也需同時考慮間隙對其動力學特性的影響。
舵面傳動系統由電動舵機和傳動機構兩個分系統組成，是多變量、強耦合的機電一體化復雜系統。由于電動舵機無需安裝液壓管，體積小、可靠性高，因此逐漸在航空領域得到青睞。電動舵機作為新型電傳動系統之一，主要由電機及其控制器、減速機構和執行機構三部分組成。隨著電動舵機對系統性能的要求越來越苛刻，研究間隙、摩擦、彈性變形等非線性因素對系統輸出性能的影響非常必要。同時，傳動機構作為實現電動舵機和舵面之間運動和動力傳遞的關鍵環節，其間隙鉸鏈的碰撞效應易降低舵面輸出精度、工作效率并增強噪聲及振動。因此，本書建立了舵面傳動系統耦合模型，其中不僅考慮了電動舵機執行機構接觸剛度、間隙及系統結構剛度等非線性環節，還考慮了傳動機構間隙鉸鏈碰撞動力學及剛柔耦合特性。
本書主要內容如下：
① 對比分析了八種法向接觸力模型，包括Hertz模型和七種非線性彈簧-阻尼接觸力模型。以軸和軸承一次碰撞為仿真算例，指出各種模型的優缺點及適用范圍。
② 提出了一種含多因素的改進法向接觸力模型。該模型可以考慮接觸體幾何形狀、材料特性、軸承軸向尺寸、碰撞過程能量損耗等因素，又不受恢復系數限制并適用于大面積接觸碰撞過程。以軸-軸承及含間隙曲柄滑塊機構為例，通過理論和實驗的對比，驗證所建立接觸力模型的有效性。
③ 基于提出的改進法向接觸力模型，建立了含多個間隙鉸鏈和多個柔性構件的傳動機構剛柔耦合動力學模型。分析了系統相關參數，如間隙尺寸、鉸鏈位置、鉸鏈數量及運動模式、驅動速度、構件材料、柔性與間隙耦合作用對舵軸響應的影響規律。
④ 構建了考慮傳動鏈非線性因素的電動舵機仿真模型，研究了執行構件行星滾柱絲杠接觸剛度、間隙和電動舵機固定剛度等參數的影響，并對不同位置階躍指令下的系統響應開展分析，且通過文獻驗證了該模型的有效性。結合電動舵機模型和含多間隙鉸鏈的傳動機構剛柔耦合動力學模型，建立了舵面傳動系統動力學耦合模型，分析了行星滾柱絲杠接觸剛度、電動舵機固定剛度、行星滾柱絲杠間隙、間隙鉸鏈數量、構件柔性和舵面負載等參數對系統動力學特性的影響。
⑤ 搭建了舵面傳動系統試驗臺，開展了周期矩形脈沖階躍特性和不同頻率下的掃頻特性實驗。通過與相應實驗測試結果的對比分析，驗證了本書建立的舵面傳動系統動力學耦合模型及各種參數對含多間隙鉸鏈系統動力學特性影響規律的正確性。
通過上述研究工作，以期為飛行器舵面傳動系統動力學特性的深入研究奠定良好基礎。由于作者水平有限，書中難免存在不足之處，懇請廣大讀者批評指正。

著者

1 緒論
1.1 本書寫作背景與意義	2
1.2 國內外相關領域研究現狀	4
1.2.1 含間隙鉸鏈機構碰撞動力學研究現狀	4
1.2.2 電動舵機研究現狀	8
1.2.3 舵面傳動系統研究現狀	10
1.3 現有研究中存在的問題	10
1.4 本書主要研究內容	11

2 含間隙鉸鏈機構碰撞動力學建模理論方法研究
2.1 概述	16
2.2 含間隙鉸鏈機構動力學建模方法	16
2.2.1 間隙描述方法	16
2.2.2 間隙鉸鏈數學模型	17
2.2.3 間隙鉸鏈接觸力模型對比	19
2.3 含間隙鉸鏈多體系統動力學方程	35
2.3.1 剛性多體系統動力學方程	35
2.3.2 柔性多體系統動力學方程	36
2.4 改進的非線性法向接觸力模型	37
2.4.1 改進接觸力模型對比驗證	38
2.4.2 基于改進接觸力模型的曲柄滑塊機構算例驗證	39
2.4.3 不同工況仿真分析	43
2.5 本章小結	48

3 考慮鉸鏈間隙與柔性的傳動機構動力學特性研究
3.1 概述	52
3.2 嵌入改進接觸力模型建模方法驗證	52
3.2.1 嵌入改進接觸力模型的動力學仿真建模方法	52
3.2.2 不同間隙尺寸下曲柄滑塊機構模型驗證	53
3.3 考慮鉸鏈間隙的傳動機構剛體動力學模型及分析	56
3.3.1 不同徑向間隙尺寸	58
3.3.2 不同間隙鉸鏈位置	60
3.3.3 不同間隙鉸鏈數量	62
3.3.4 組合運動模式	68
3.4 考慮鉸鏈間隙的傳動機構剛柔耦合動力學模型及分析	71
3.4.1 柔性構件動力學建模	71
3.4.2 含柔性構件的系統動力學特性分析	72
3.4.3 柔性與間隙耦合的系統動力學特性分析	77
3.5 本章小結	84

4 電動舵機建模與動力學特性分析
4.1 概述	88
4.2 結構組成	88
4.3 電動舵機仿真模型	90
4.3.1 永磁同步電機模型	91
4.3.2 永磁同步電機矢量控制	94
4.3.3 執行機構模型	100
4.3.4 舵面模型	102
4.4 電動舵機動力學特性分析	104
4.4.1 非線性影響因素分析	104
4.4.2 電動舵機響應	106
4.4.3 電動舵機模型驗證	109
4.5 本章小結	110

5 舵面傳動系統聯合仿真模型參數影響研究
5.1 概述	112
5.2 舵面傳動系統聯合仿真建模	112
5.3 舵面傳動系統參數影響分析	115
5.3.1 行星滾柱絲杠接觸剛度	115
5.3.2 電動舵機固定剛度	117
5.3.3 行星滾柱絲杠間隙	118
5.3.4 不同間隙鉸鏈數量	120
5.3.5 構件柔性	123
5.3.6 舵面載荷	124
5.4 本章小結	126

6 舵面傳動系統動力學實驗研究
6.1 概述	130
6.2 試驗臺系統組成及工作原理	130
6.2.1 控制系統	130
6.2.2 測試系統	133
6.2.3 工作原理	133
6.3 實驗結果	134
6.3.1 階躍特性實驗	134
6.3.2 舵機掃頻實驗	135
6.4 實驗結果與仿真結果的對比	138
6.4.1 空載掃頻特性	139
6.4.2 加載掃頻特性	142
6.5 本章小結	145

7 總結與展望
7.1 本研究的主要內容及結論	148
7.2 本研究的創新之處	150
7.3 本研究的不足與展望	151

參考文獻	153