【摘要】：控制力矩陀螺是一種航天器姿態(tài)執(zhí)行機(jī)構(gòu),主要用于航天器姿態(tài)控制和快速機(jī)動任務(wù)。控制力矩陀螺利用力矩放大效應(yīng),具有力矩放大倍數(shù)高、輸出力矩連續(xù)等優(yōu)點(diǎn)。控制力矩陀螺主要由動量輪和框架組成。動量輪系統(tǒng)性能的優(yōu)劣直接影響到控制力矩陀螺性能的好壞。本文設(shè)計了一種尺寸小、重量輕、運(yùn)用于控制力矩陀螺的動量輪系統(tǒng),使得控制力矩陀螺能工作在微納衛(wèi)星等小尺寸航天器上。動量輪系統(tǒng)主要由動量輪的機(jī)械結(jié)構(gòu)和直流無刷電機(jī)驅(qū)動控制系統(tǒng)兩部分組成。動量輪的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計包括電機(jī)、高速飛輪以及附屬支撐連接機(jī)構(gòu)的設(shè)計。根據(jù)支撐方式的區(qū)別,提出了懸臂式結(jié)構(gòu)和框架式結(jié)構(gòu)兩種總體結(jié)構(gòu)。選用直流無刷電機(jī)作為驅(qū)動高速飛輪的電機(jī),根據(jù)相關(guān)技術(shù)指標(biāo)估算出電樞尺寸和其他電機(jī)尺寸參數(shù),并設(shè)計了與電機(jī)相匹配的兩種高速飛輪。建立了動量輪的轉(zhuǎn)子動力學(xué)模型,對動量輪的特性做了相關(guān)研究。直流無刷電機(jī)驅(qū)動控制系統(tǒng)設(shè)計分為硬件設(shè)計和軟件設(shè)計。對直流無刷電機(jī)的工作原理進(jìn)行研究,著重研究了電機(jī)換相和起動的過程,并建立了直流無刷電機(jī)的數(shù)學(xué)模型,為直流無刷電機(jī)驅(qū)動控制系統(tǒng)設(shè)計提供理論基礎(chǔ)。以數(shù)字信號處理器為主控芯片,設(shè)計了驅(qū)動控制電路,并編寫了與硬件電路相匹配的驅(qū)動控制程序。研究了動量輪系統(tǒng)的工作性能。首先測試了動量輪系統(tǒng)的開環(huán)輸出性能。隨后設(shè)計了離散PID控制器研究了動量輪系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速控制特性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,在工作轉(zhuǎn)速內(nèi),相對誤差能夠控制在±0.25%之間,取得了良好的控制效果。最后,采用系統(tǒng)辨識的方法辨識出直流無刷電機(jī)的占空比-轉(zhuǎn)速傳遞函數(shù),基于靈敏度函數(shù)塑形模板設(shè)計了匹配傳遞函數(shù)的數(shù)字內(nèi)�？刂破�。仿真結(jié)果表明1Hz的擾動信號在該控制器作用下衰減了-25dB。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,在工作轉(zhuǎn)速內(nèi),該控制器的相對誤差小于0.20%。
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：V448.22
【圖文】：

1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1 控制力矩陀螺介紹以及發(fā)展現(xiàn)狀標(biāo)準(zhǔn)的 SGCMG 結(jié)構(gòu)如圖 1.1 所示，由飛輪轉(zhuǎn)子、轉(zhuǎn)子電機(jī)、框架、框架電機(jī)以及附屬的連接機(jī)構(gòu)組成。飛輪以角速度 Ω 勻速轉(zhuǎn)動，提供角動量 H，框架電機(jī)帶動框架以角速度 ω勻速轉(zhuǎn)動，框架軸線與飛輪軸線始終正交，由力矩放大效應(yīng)產(chǎn)生的輸出力矩表達(dá)式為[25]：T ω L ω J Ω (1.1)飛輪轉(zhuǎn)子電機(jī)框架框架電機(jī)Ωω圖 1.1 SGCMG 結(jié)構(gòu)示意圖

1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1 控制力矩陀螺介紹以及發(fā)展現(xiàn)狀標(biāo)準(zhǔn)的 SGCMG 結(jié)構(gòu)如圖 1.1 所示，由飛輪轉(zhuǎn)子、轉(zhuǎn)子電機(jī)、框架、框架電機(jī)以及附屬的連接機(jī)構(gòu)組成。飛輪以角速度 Ω 勻速轉(zhuǎn)動，提供角動量 H，框架電機(jī)帶動框架以角速度 ω勻速轉(zhuǎn)動，框架軸線與飛輪軸線始終正交，由力矩放大效應(yīng)產(chǎn)生的輸出力矩表達(dá)式為[25]：T ω L ω J Ω (1.1)飛輪轉(zhuǎn)子電機(jī)框架框架電機(jī)Ωω圖 1.1 SGCMG 結(jié)構(gòu)示意圖

圖 1.4 “天宮一號”所用控制力矩陀螺第九個五年計劃提出展開控制力矩陀螺的研制，院所以及北京航空航天大學(xué)等高校中展開。我國于了 4 個最大輸出力矩 200N·m 的 SGCMG，如圖作于國外相比，在理論與應(yīng)用方面仍然有較大差泛應(yīng)用于各國的中大型航天器，但是微納衛(wèi)星則缺態(tài)調(diào)節(jié)能力。需要將控制力矩陀螺小型化、輕量化現(xiàn)狀高速轉(zhuǎn)子系統(tǒng)是控制力矩陀螺的重要組成部分。從動量，可以使得控制力矩陀螺的輸出更加穩(wěn)定。介紹用于控制力矩陀螺的高速轉(zhuǎn)子的文章較少，介的文章則很多。慣性動量輪的結(jié)構(gòu)與控制力矩陀

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 楊劍平;;直流無刷電機(jī)驅(qū)動及控制系統(tǒng)設(shè)計方法[J];電世界;2018年12期

2 姜浩;李英杰;李志濤;;常見直流無刷電機(jī)的控制方式[J];電子世界;2019年08期

3 權(quán)艷娜;胡博;高俊麗;楊凡;;某彈用直流無刷電機(jī)溫度場分析及其驗(yàn)證[J];微電機(jī);2018年10期

4 權(quán)艷娜;南悅;郭炳岐;;直流無刷電機(jī)噪聲分析[J];科技創(chuàng)新導(dǎo)報;2017年16期

5 王毅;;電動車永磁直流無刷電機(jī)溫度場分析及性能影響[J];價值工程;2016年19期

6 郗珂慶;胡昊;郭炳岐;高俊麗;;雙余度永磁直流無刷電機(jī)設(shè)計[J];西安航空學(xué)院學(xué)報;2016年05期

7 胡輝;張鳳莉;;一種直流無刷電機(jī)的有源制動控制方法和系統(tǒng)[J];商丘職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報;2012年02期

8 陳歡;;直流無刷電機(jī)的建模與仿真[J];艦船電子工程;2010年02期

9 ;提高電動自行車的直流無刷電機(jī)控制功能[J];電子產(chǎn)品世界;2008年09期

10 劉向明;吳盛林;姜繼海;;微型直流無刷電機(jī)直接驅(qū)動單級電液伺服閥的特性研究[J];石油化工自動化;2005年06期

相關(guān)會議論文 前10條

1 徐洪旗;舒超;劉勇;;直流無刷電機(jī)在家電領(lǐng)域的應(yīng)用[A];中國土木工程學(xué)會燃?xì)夥謺?yīng)用專業(yè)委員會、中國土木工程學(xué)會燃?xì)夥謺細(xì)夤釋I(yè)委員會2012年會論文集[C];2012年

2 李曉軍;;基于單片機(jī)的直流無刷電機(jī)高壓控制系統(tǒng)[A];第十一屆中國小電機(jī)技術(shù)研討會論文集[C];2006年

3 馮建黨;張亮;夏旺民;;超前角技術(shù)在冰箱直流無刷電機(jī)中的應(yīng)用[A];2019年中國家用電器技術(shù)大會論文集[C];2019年

4 華金晶;歐陽沁;朱穎心;李卉;;一種基于直流無刷電機(jī)控制的工位型個體化動態(tài)送風(fēng)裝置的研發(fā)與應(yīng)用研究[A];全國暖通空調(diào)制冷2010年學(xué)術(shù)年會學(xué)術(shù)文集[C];2010年

5 周毅;徐興;徐德炳;;TMS320LF2407在低速小角度低電壓直流無刷電機(jī)控制中的應(yīng)用[A];2004全國測控、計量與儀器儀表學(xué)術(shù)年會論文集（下冊）[C];2004年

6 周建琦;;基于ADMC401實(shí)現(xiàn)直流無刷電機(jī)的卡爾曼濾波控制[A];2010全國機(jī)電企業(yè)工藝年會《上海電氣杯》征文論文集[C];2010年

7 王渝;;基于SIMULINK對直流無刷電機(jī)控制策略的研究[A];四川省第十三屆汽車學(xué)術(shù)年會論文集[C];2017年

8 駱建立;;一種高壓直流無刷電機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計[A];《IT時代周刊》論文專版（第300期）[C];2014年

9 孫明瑋;陳增強(qiáng);袁著祉;;輸入加權(quán)預(yù)測控制器在直流無刷電機(jī)中的應(yīng)用[A];1996年中國控制會議論文集[C];1996年

10 張建紅;王妍哲;;無刷直流電機(jī)的一種預(yù)測控制方法[A];高效 清潔 安全 電力發(fā)展與和諧社會建設(shè)——吉林省電機(jī)工程學(xué)會2008年學(xué)術(shù)年會論文集[C];2008年

相關(guān)重要報紙文章 前10條

1 ;[N];;年

2 ;[N];;年

3 ;[N];;年

4 ;[N];;年

5 ;[N];;年

6 ;[N];;年

7 ;[N];;年

8 ;[N];;年

9 ;[N];;年

10 劉劍邋李小亮 高龍健 姜木金;推進(jìn)科技創(chuàng)新 培育自主品牌[N];鎮(zhèn)江日報;2008年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 于雅莉;儲能飛輪動發(fā)一體機(jī)電磁關(guān)鍵問題及溫度場的研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2012年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 陳雷;直流無刷電機(jī)驅(qū)動的控制力矩陀螺高速轉(zhuǎn)子的設(shè)計與驅(qū)動研究[D];南京航空航天大學(xué);2019年

2 熊東海;兩輪電動車用直流無刷電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計[D];廣東工業(yè)大學(xué);2018年

3 葛佳航;基于FPGA的直流無刷電機(jī)無位置傳感器控制系統(tǒng)設(shè)計研究[D];哈爾濱理工大學(xué);2018年

4 趙東升;四足機(jī)器人的機(jī)械腿結(jié)構(gòu)特性及其控制系統(tǒng)研究[D];武漢理工大學(xué);2017年

5 王夢蓮;基于DSP的二自由度關(guān)節(jié)直流無刷電機(jī)控制系統(tǒng)開發(fā)[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2018年

6 張梓睿;直流無刷電機(jī)無傳感器控制關(guān)鍵技術(shù)研究[D];廣東工業(yè)大學(xué);2018年

7 陽濤;直流無刷電機(jī)智能控制系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)[D];湖南大學(xué);2011年

8 鮑勝華;直流無刷電機(jī)驅(qū)動光伏水泵控制技術(shù)的研究[D];合肥工業(yè)大學(xué);2003年

9 王偉;直流無刷電機(jī)控制系統(tǒng)輸出效率優(yōu)化方法研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2014年

10 徐東澤;直流無刷電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制算法優(yōu)化研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2016年

本文編號：2787831