因在军事、航拍等领域显示出巨大的市场应用前景,无人机行业的发展面临前所未有的机遇。其中无人机舵机控制系统是无人机的重要组成部分,该部件的质量决定着无人机的飞行性能和安全,本文拟研究一种性能优越的无人机舵机控制系统,为无人机速度快、体积小,舵机力矩大的发展方向提供一种解决方案。本文首先对高速无人机电动舵机系统进行了设计分析,构建了舵机系统组成原理框架,提出了舵机控制系统的性能指标,然后对电动舵机的数学模型进行了详细分析。在对无刷直流电机的结构、控制原理、数学模型及特性几个方面进行分析的基础上,对传动减速机构、脉宽调制(PWM)控制器、反馈装置及其数学模型进行了详细的理论分解,整体上对舵机控制系统进行了描述。然后对舵机控制器进行了设计。分别从电流环、速度环以及位置环三个方面对控制器进行了设计,并对其进行仿真验证。同时通过对铰链力矩建模方法,从铰链力矩方面分析了负载特性对电动舵机性能的影响。在考虑负载特性对电动舵机性能的影响的基础上,重新对控制器进行优化设计,提出了带前馈的模糊比例-积分-微分控制器控制器(PID),实现了舵机控制器在负载力矩动荡状态下的稳定和性能保持。最后对控制器的硬件和软件进行了设计。设计了由数字信号处理器(DSP)、电源电路、驱动及保护电路、逆变电路、通信接口电路及外围电路组成硬件部分和一个主程序、五个中断程序组成的软件部分。实现具备接收飞行控制器系统发送的控制指令,接收各反馈传感器探测信号,计算无人机飞行过程中的各状态参数,实现伺服电机速度和角度偏转以及系统故障自保护等功能。