本文關(guān)鍵詞：面向控制力矩陀螺框架的諧振式壓電驅(qū)動器的研究

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【摘要】：隨著航天航空事業(yè)的飛速發(fā)展,人們對航天器在太空環(huán)境中姿態(tài)調(diào)節(jié)的要求也越來越高。在航天器的姿態(tài)控制系統(tǒng)中一般采用控制力矩陀螺(簡稱CMG)作為主要的執(zhí)行機構(gòu)�，F(xiàn)階段由于我國航天器種類和數(shù)量的持續(xù)高速增長,需要這種執(zhí)行機構(gòu)的可靠性等方面性能達(dá)到較高要求。航天器上的控制力矩陀螺普遍采用傳統(tǒng)的電磁電機加減速器結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)驅(qū)動,這種驅(qū)動方式具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、重量大、精度低等不足;此外,在極低溫度或者宇宙射線的作用下,這種驅(qū)動機構(gòu)的部件經(jīng)常會失效。因此,現(xiàn)階段亟需發(fā)展新的驅(qū)動方式來克服上述瓶頸問題。目前,壓電驅(qū)動器作為一種新型的驅(qū)動元件,具有低速大力矩輸出、無電磁干擾、較高的功率密度、響應(yīng)速度快、耐低溫性能好、斷電自動實現(xiàn)鎖定、無需潤滑和構(gòu)型靈活等突出優(yōu)點,可以嘗試應(yīng)用于控制力矩陀螺的驅(qū)動系統(tǒng)中。根據(jù)以上原因,本文研究了一種針對小型衛(wèi)星控制力矩陀螺框架的諧振式壓電驅(qū)動器,與現(xiàn)有的一些控制力矩陀螺框架驅(qū)動結(jié)構(gòu)相比,其構(gòu)型更加緊湊,減少了框架的整體尺寸和重量,同時它還具備壓電驅(qū)動機構(gòu)的各項突出優(yōu)點。本文首先初步設(shè)計了一種控制力矩陀螺框架結(jié)構(gòu),并對其簡要作了分析,指出其核心元件為一種兩端驅(qū)動方向相反的壓電驅(qū)動器。根據(jù)壓電驅(qū)動器所需實現(xiàn)的這種功能,規(guī)劃出其基本構(gòu)型,并完成致動原理分析,從理論上證明其可行性;針對所提出的新構(gòu)型,通過模態(tài)分析和靈敏度分析進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計和最終尺寸參數(shù)的確定;通過瞬態(tài)分析研究其驅(qū)動足表面質(zhì)點的運動軌跡和位移參數(shù)。在此基礎(chǔ)上,研制了壓電驅(qū)動器的最終物理樣機,根據(jù)阻抗分析結(jié)果完成了阻抗匹配設(shè)計。設(shè)計了測試裝置對樣機完成各項性能測試工作�；谝淹瓿傻膲弘婒�(qū)動器物理樣機,設(shè)計并加工完成一種控制力矩陀螺框架機構(gòu),控制力矩陀螺直徑為120mm。對此機構(gòu)進(jìn)行了實驗,在對壓電驅(qū)動器施加電壓為100V,頻率為23.8k Hz,相位差為90°的兩相交流激勵信號時,控制力矩陀螺的空載轉(zhuǎn)速達(dá)到102r/min;當(dāng)壓電驅(qū)動器輸出轉(zhuǎn)速為3.6r/min時,其輸出力矩為2.964N·m。
【關(guān)鍵詞】：壓電驅(qū)動器 控制力矩陀螺 彎曲振動模態(tài) 夾心式結(jié)構(gòu)
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：V448.2
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-18
• 1.1 引言9-10
• 1.2 控制力矩陀螺研究現(xiàn)狀10-13
• 1.2.1 控制力矩陀螺簡介10-11
• 1.2.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-13
• 1.3 壓電驅(qū)動技術(shù)研究現(xiàn)狀13-16
• 1.3.1 壓電驅(qū)動技術(shù)簡介13-14
• 1.3.2 國外研究現(xiàn)狀14
• 1.3.3 國內(nèi)研究現(xiàn)狀14-16
• 1.3.4 壓電驅(qū)動技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用前景16
• 1.4 本課題的主要研究內(nèi)容16-18
• 第2章 控制力矩陀螺框架及壓電驅(qū)動器理論分析18-30
• 2.1 引言18
• 2.2 控制力矩陀螺框架結(jié)構(gòu)設(shè)計18-21
• 2.2.1 框架結(jié)構(gòu)及特點18-20
• 2.2.2 框架材料的選擇20-21
• 2.3 壓電驅(qū)動器結(jié)構(gòu)設(shè)計及驅(qū)動機理21-25
• 2.3.1 壓電驅(qū)動器結(jié)構(gòu)設(shè)計21-22
• 2.3.2 壓電陶瓷片極化方式及布置22-23
• 2.3.3 驅(qū)動足上質(zhì)點橢圓運動軌跡23-24
• 2.3.4 驅(qū)動器致動原理分析24-25
• 2.4 壓電驅(qū)動器材料的選擇25-26
• 2.4.1 壓電陶瓷材料25-26
• 2.4.2 其他部分材料26
• 2.5 壓電驅(qū)動器等效電學(xué)模型26-29
• 2.6 本章小結(jié)29-30
• 第3章 壓電驅(qū)動器特性研究30-41
• 3.1 引言30
• 3.2 壓電驅(qū)動器建模及模態(tài)分析30-31
• 3.3 驅(qū)動器結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化31-33
• 3.4 頻率簡并與靈敏度分析33-37
• 3.5 驅(qū)動足振動軌跡分析37-40
• 3.6 本章小結(jié)40-41
• 第4章 壓電驅(qū)動器及框架機構(gòu)實驗研究41-54
• 4.1 引言41
• 4.2 控制力矩陀螺框架機構(gòu)實驗樣機的研制41-44
• 4.2.1 壓電驅(qū)動器的加工與裝配41-43
• 4.2.2 控制力矩陀螺框架實驗樣機43-44
• 4.3 壓電驅(qū)動器特性測試44-47
• 4.3.1 阻抗特性測試44-46
• 4.3.2 模態(tài)振型測試46-47
• 4.4 樣機驅(qū)動性能測試47-52
• 4.4.1 頻率-轉(zhuǎn)速特性測試曲線49-50
• 4.4.2 電壓-轉(zhuǎn)速特性測試曲線50
• 4.4.3 轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速特性測試曲線50-51
• 4.4.4 輸入功率-轉(zhuǎn)矩特性測試曲線51-52
• 4.4.5 轉(zhuǎn)速-輸出功率-轉(zhuǎn)矩特性測試曲線52
• 4.5 本章小結(jié)52-54
• 結(jié)論54-56
• 參考文獻(xiàn)56-61
• 致謝61

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：858837