發(fā)布時(shí)間：2022-11-06 17:27

　　陀螺飛輪的概念起源于對(duì)微小航天器姿態(tài)控制的需求。評(píng)價(jià)應(yīng)用在微小航天器上的主動(dòng)姿態(tài)控制系統(tǒng)最重要的三項(xiàng)指標(biāo)是其質(zhì)量、體積以及姿態(tài)控制所能達(dá)到的精度。基于此,加拿大的科研人員提出了一種特殊的平衡環(huán)結(jié)構(gòu),它能夠允許轉(zhuǎn)子在一定角度范圍內(nèi)沿徑向自由傾側(cè),這便是陀螺飛輪。單個(gè)陀螺飛輪在輸出三軸控制力矩的同時(shí),還具有敏感航天器兩軸姿態(tài)角速度的能力,在保持姿態(tài)控制系統(tǒng)精確指向的同時(shí),減少了系統(tǒng)的體積與重量,降低了微小航天器的研制成本。本課題將從硬件電路設(shè)計(jì)的角度輔助陀螺飛輪系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)其姿態(tài)檢測(cè)和控制的功能。首先,陀螺飛輪系統(tǒng)發(fā)揮其姿態(tài)控制功能的基礎(chǔ)是控制飛輪在規(guī)定的速度下旋轉(zhuǎn),因此要設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)飛輪驅(qū)動(dòng)電路使陀螺飛輪轉(zhuǎn)子具有良好的穩(wěn)速精度。在方案選擇上,選擇基于鎖相環(huán)控制的飛輪驅(qū)動(dòng)方案,其依靠鑒頻鑒相器的負(fù)反饋控制可以最大程度滿足對(duì)于穩(wěn)速精度的需求。對(duì)方案進(jìn)行硬件電路的搭建,對(duì)硬件各環(huán)節(jié)進(jìn)行建模,化為傳遞函數(shù),并設(shè)計(jì)了串聯(lián)超前控制器保證系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度,最后通過(guò)Simulink仿真的方式驗(yàn)證其穩(wěn)速和調(diào)速過(guò)程的性能指標(biāo)。其次,為了陀螺飛輪系統(tǒng)各模塊可以與主站保持實(shí)時(shí)性的通訊,方便數(shù)據(jù)統(tǒng)一的監(jiān)測(cè)和管理,設(shè)計(jì)并實(shí)... 

【文章頁(yè)數(shù)】：76 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 課題來(lái)源及研究的目的和意義
    1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀與分析
        1.2.1 陀螺飛輪系統(tǒng)運(yùn)行原理與實(shí)現(xiàn)方案
        1.2.2 飛輪調(diào)速驅(qū)動(dòng)控制方法的研究現(xiàn)狀
        1.2.3 工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線現(xiàn)狀對(duì)比
        1.2.4 電流精密檢測(cè)方法和相關(guān)產(chǎn)品發(fā)展
    1.3 本文的主要研究?jī)?nèi)容
第2章 陀螺飛輪系統(tǒng)硬件總體方案論證
    2.1 陀螺飛輪硬件系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)
    2.2 硬件集成模塊概述
        2.2.1 主站工控機(jī)
        2.2.2 傾側(cè)傳感器
        2.2.3 力矩器電路
    2.3 硬件子系統(tǒng)電路性能指標(biāo)要求
    2.4 本章小結(jié)
第3章 飛輪驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
    3.1 基于鎖相環(huán)控制的飛輪驅(qū)動(dòng)方案
    3.2 飛輪驅(qū)動(dòng)電路的硬件設(shè)計(jì)
        3.2.1 飛輪驅(qū)動(dòng)電路的硬件組成結(jié)構(gòu)
        3.2.2 集成鎖相頻率控制模塊的設(shè)計(jì)
        3.2.3 功率放大模塊的設(shè)計(jì)
        3.2.4 電流檢測(cè)模塊的設(shè)計(jì)
    3.3 飛輪驅(qū)動(dòng)方案的仿真分析
    3.4 本章小結(jié)
第4章 Ether CAT從站的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
    4.1 Ether CAT從站電路設(shè)計(jì)
        4.1.1 Ether CAT從站電路組成結(jié)構(gòu)
        4.1.2 Ether CAT物理層與數(shù)據(jù)鏈路層電路設(shè)計(jì)
        4.1.3 Ether CAT應(yīng)用層電路設(shè)計(jì)
        4.1.4 Ether CAT電路的信號(hào)完整性設(shè)計(jì)
    4.2 Ether CAT從站協(xié)議軟件設(shè)計(jì)
        4.2.1 Ether CAT從站應(yīng)用層平臺(tái)搭建
        4.2.2 Ether CAT狀態(tài)機(jī)的控制
        4.2.3 周期性過(guò)程數(shù)據(jù)通信的流程設(shè)計(jì)
    4.3 Ether CAT從站的測(cè)試
    4.4 本章小結(jié)
第5章 電流精密檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
    5.1 電阻采樣方案及誤差分析
        5.1.1 電阻采樣方案
        5.1.2 電阻采樣方案的誤差分析
    5.2 電流/頻率轉(zhuǎn)換方案及誤差分析
        5.2.1 電荷平衡式電流/頻率轉(zhuǎn)換電路
        5.2.2 電流/頻率轉(zhuǎn)換方案
        5.2.3 電流/頻率轉(zhuǎn)換方案的誤差分析
    5.3 電流精密檢測(cè)電路的硬件設(shè)計(jì)
        5.3.1 電流精密檢測(cè)電路硬件組成結(jié)構(gòu)
        5.3.2 電阻采樣方案硬件電路設(shè)計(jì)
        5.3.3 電流/頻率轉(zhuǎn)換方案硬件電路設(shè)計(jì)
        5.3.4 溫度檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)
    5.4 電流精密檢測(cè)電路的精度測(cè)試
        5.4.1 電流檢測(cè)精度測(cè)試平臺(tái)的搭建
        5.4.2 電流檢測(cè)結(jié)果的擬合校準(zhǔn)
        5.4.3 電流檢測(cè)結(jié)果的精度測(cè)試
        5.4.4 電流檢測(cè)結(jié)果的傅里葉分析
        5.4.5 兩種電流檢測(cè)方案的對(duì)比分析
    5.5 本章小結(jié)
結(jié)論
參考文獻(xiàn)
攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及其它成果
致謝



本文編號(hào)：3703915