本文關(guān)鍵詞：小衛(wèi)星用姿態(tài)控制飛輪系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究

  更多相關(guān)文章： 小衛(wèi)星 姿態(tài)控制 飛輪系統(tǒng) 永磁無(wú)刷直流電機(jī) 有限元

【摘要】：飛輪是現(xiàn)代衛(wèi)星高精度姿態(tài)控制的主要執(zhí)行機(jī)構(gòu),高精度、低功耗、小體積、高可靠性一直是現(xiàn)代飛輪技術(shù)發(fā)展的目標(biāo)。本文以微小姿態(tài)控制飛輪系統(tǒng)的應(yīng)用需求為背景,從飛輪系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式、飛輪電機(jī)設(shè)計(jì)方法和系統(tǒng)優(yōu)化方法三個(gè)方面對(duì)其中的關(guān)鍵技術(shù)展開(kāi)深入研究,主要研究?jī)?nèi)容包括以下幾個(gè)方面:(1)驅(qū)動(dòng)電機(jī)是飛輪系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的核心,電磁設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性會(huì)直接影響飛輪系統(tǒng)的性能,飛輪電機(jī)具有徑向大、軸向小的結(jié)構(gòu)特殊性,論文采用場(chǎng)路結(jié)合的方法,對(duì)影響飛輪驅(qū)動(dòng)電機(jī)性能的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行了分析,給出了氣隙參數(shù)、等效計(jì)算極弧系數(shù)、等效漏磁系數(shù)和電樞電路參數(shù)的計(jì)算方法,從而為飛輪電機(jī)的電磁設(shè)計(jì)與分析提供理論基礎(chǔ);(2)提高飛輪電機(jī)的效率有利于降低系統(tǒng)的功耗,論文提出了一種滿足飛輪電機(jī)高效率、低功耗要求的永磁無(wú)刷直流電機(jī)的設(shè)計(jì)方法,實(shí)現(xiàn)了飛輪系統(tǒng)電磁設(shè)計(jì)的逆問(wèn)題求解,并以此為基礎(chǔ),設(shè)計(jì)了一種輪緣驅(qū)動(dòng)式飛輪系統(tǒng),研究了充磁方式、極對(duì)數(shù)、端部間隙等磁路關(guān)鍵參數(shù)對(duì)飛輪電機(jī)性能的影響。仿真結(jié)果表明,該方法具有較高的設(shè)計(jì)精度,最大設(shè)計(jì)誤差約為10.7%;(3)為了優(yōu)化系統(tǒng)整體性能,論文將多學(xué)科優(yōu)化技術(shù)應(yīng)用于對(duì)飛輪輪體的優(yōu)化設(shè)計(jì)中,兼顧了機(jī)械系統(tǒng)力學(xué)性能與電機(jī)電磁學(xué)性能,從質(zhì)量、體積、氣隙磁密等多個(gè)方面實(shí)現(xiàn)了對(duì)飛輪轉(zhuǎn)子組件的多目標(biāo)優(yōu)化;為提高飛輪系統(tǒng)的可靠性,基于有限元分析了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、模態(tài)和隨機(jī)載荷激勵(lì)等力學(xué)特性,結(jié)果表明,優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)能滿足工程應(yīng)用中的力學(xué)環(huán)境需求;(4)常規(guī)飛輪系統(tǒng)軸向尺寸大、結(jié)構(gòu)分散,導(dǎo)致功能密度較低。論文提出了一種基于PCB繞組和軸向磁通電機(jī)的微小平面飛輪系統(tǒng),目的在于提高系統(tǒng)集成度和相關(guān)技術(shù)的可移植性;建立了PCB繞組電磁參數(shù)計(jì)算的數(shù)學(xué)模型,提出了波形PCB繞組形式,消除了反向轉(zhuǎn)矩對(duì)飛輪性能和系統(tǒng)損耗的影響;分析了印制導(dǎo)體的內(nèi)部渦流形式,并通過(guò)采用分割印制式導(dǎo)體和普通盤式繞線繞組來(lái)減小導(dǎo)體渦流損耗;(5)論文的最后研制出滿足工程應(yīng)用需求的飛輪樣機(jī),進(jìn)行了輪緣驅(qū)動(dòng)式飛輪樣機(jī)總體性能測(cè)試,并開(kāi)展了飛輪系統(tǒng)功耗研究;通過(guò)對(duì)樣機(jī)進(jìn)行高低溫、熱真空實(shí)驗(yàn)、隨機(jī)振動(dòng)等試驗(yàn),保證了系統(tǒng)的可靠性和安全性。本文的研究成果密切聯(lián)系現(xiàn)代工程應(yīng)用需要,對(duì)小衛(wèi)星用姿態(tài)控制飛輪系統(tǒng)的小型化、輕量化與低功耗設(shè)計(jì)具有重要的理論意義和工程價(jià)值。
【關(guān)鍵詞】：小衛(wèi)星 姿態(tài)控制 飛輪系統(tǒng) 永磁無(wú)刷直流電機(jī) 有限元
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院研究生院(長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：V448.2
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-8
• 目錄8-11
• 第1章 緒論11-23
• 1.1 課題研究背景與意義11-12
• 1.2 課題發(fā)展與研究現(xiàn)狀12-22
• 1.2.1 姿態(tài)控制系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀12-15
• 1.2.2 微小飛輪系統(tǒng)研究現(xiàn)狀15-19
• 1.2.3 飛輪系統(tǒng)結(jié)構(gòu)綜述19-22
• 1.3 本文研究?jī)?nèi)容22-23
• 第2章 飛輪系統(tǒng)相關(guān)理論分析23-39
• 2.1 引言23
• 2.2 飛輪姿態(tài)控制原理23-26
• 2.3 飛輪直流無(wú)刷電機(jī)原理26-31
• 2.3.1 電機(jī)工作原理分析26-28
• 2.3.2 電機(jī)數(shù)學(xué)模型28-31
• 2.4 飛輪電機(jī)電磁設(shè)計(jì)與分析31-38
• 2.4.1 磁路系數(shù)計(jì)算與分析31-36
• 2.4.2 電路參數(shù)計(jì)算分析36-37
• 2.4.3 實(shí)驗(yàn)分析與驗(yàn)證37-38
• 2.5 本章小結(jié)38-39
• 第3章 輪緣驅(qū)動(dòng)式飛輪系統(tǒng)研究39-71
• 3.1 引言39
• 3.2 飛輪系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)39-41
• 3.3 驅(qū)動(dòng)電機(jī)技術(shù)研究41-58
• 3.3.1 基于目標(biāo)性能的電機(jī)設(shè)計(jì)法42-44
• 3.3.2 磁路結(jié)構(gòu)關(guān)鍵參數(shù)分析44-54
• 3.3.3 電機(jī)性能仿真研究54-58
• 3.4 關(guān)鍵部件優(yōu)化與力學(xué)特性分析58-70
• 3.4.1 結(jié)構(gòu)多目標(biāo)優(yōu)化方法58-62
• 3.4.2 結(jié)構(gòu)力學(xué)特性分析62-70
• 3.5 本章小結(jié)70-71
• 第4章 軸向磁通式飛輪系統(tǒng)研究71-95
• 4.1 引言71
• 4.2 飛輪系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析71-72
• 4.3 軸向磁通電機(jī)技術(shù)研究72-87
• 4.3.1 氣隙磁場(chǎng)分析72-75
• 4.3.2 PCB繞組數(shù)學(xué)模型75-83
• 4.3.3 性能試驗(yàn)分析83-87
• 4.4 功耗性能優(yōu)化分析87-93
• 4.4.1 印制導(dǎo)體渦流損耗87-89
• 4.4.2 印制分割式繞組89-91
• 4.4.3 繞線盤式繞組91-93
• 4.5 本章小結(jié)93-95
• 第5章 飛輪系統(tǒng)試驗(yàn)性能分析95-111
• 5.1 引言95-96
• 5.2 飛輪電機(jī)性能測(cè)試96-104
• 5.2.1 穩(wěn)態(tài)特性96-99
• 5.2.2 系統(tǒng)功耗99-104
• 5.3 飛輪系統(tǒng)環(huán)境性能測(cè)試104-110
• 5.3.1 掃頻試驗(yàn)104-105
• 5.3.2 隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)105-106
• 5.3.3 熱真空及熱循環(huán)試驗(yàn)106-110
• 5.4 本章小結(jié)110-111
• 第6章 結(jié)論與展望111-115
• 6.1 主要成果與結(jié)論111-112
• 6.2 創(chuàng)新點(diǎn)112
• 6.3 計(jì)劃與展望112-115
• 參考文獻(xiàn)115-127
• 在學(xué)期間學(xué)術(shù)成果情況127-129
• 指導(dǎo)教師及作者簡(jiǎn)介129-130
• 致謝13

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