摘要:

为解决微小卫星姿态控制执行元件-姿控飞轮的轻量化、高效支撑及润滑问题,提出了应用脂润滑陶瓷轴承为微小卫星姿控飞轮提供支撑和润滑的方法.试验研究了陶瓷轴承脂润滑姿控飞轮的启动、摩擦功耗、温度特性、抗振动性能及寿命特性,试验结果显示:与同型号钢制球轴承相比,陶瓷球轴承在静态摩擦力矩及功耗方面性能更优良,可以有效减小姿控飞轮的启动电流和摩擦功耗.陶瓷轴承脂润滑姿控飞轮在-30～50 ℃具有良好的启动性能,低于卫星最低工作温度20 ℃时仍能保持良好的启动特性,无冷焊问题,完全满足卫星发射时抵抗振动的要求.振动试验后的姿控飞轮在4年的地面真空试验中功耗电流变化率在有真空度和温度变化的影响下小于1%,验证了陶瓷轴承脂润滑姿控飞轮使用寿命优于4年,满足国内微小卫星对姿控飞轮轻量化和使用寿命的要求.

摘要:

为了提高小卫星用姿控飞轮的转动惯量/质量比,实现飞轮调姿系统的轻量化,设计了一种飞轮用永磁无刷直流电机.根据电机磁路,推导了磁钢尺寸与最大磁能积的关系；采用有限元法分析了磁路参数对飞轮性能的影响；针对飞轮电机大气隙、大径长比的结构特点,给出了气隙磁通密度的计算方法；建立了绕组参数与电机额定数据间的关系；仿真分析了电机性能.通过对一台最高转速为6 000 r/min、角动量为5 Nms的飞轮电机样机进行实验验证,得出最大设计误差为6.5％,证明了设计方法的正确性.

摘要:

为了兼顾飞轮控制系统的响应速度和稳态精度,在分析常值切换变结构控制和变速积分控制特性的基础上,将具有开关特性,响应快,但存在抖振缺点的常值切换变结构控制与能改变积分项的累加速度,使其与偏差大小相对应,稳态精度高的变速积分控制相结合,利用变速积分控制稳态精度高的优点弥补常值切换控制的开关特性带来的缺点,提出了变结构变速积分控制.根据飞轮的本体模型和运动方程建立了控制模型,分析了控制模型的性能,进行了转速跟踪实验.实验结果显示:变结构变速积分控制使系统的动态性能和稳态性能都得到很大提高.控制指令为偏移量1 000 r/min,幅值100 r/min, 周期0.01 Hz正弦信号时,跟踪误差为2 r/min.结果表明,提出的方法抑制了超出切换带范围的超调量,提高了进入切换带内的稳态精度,防止了抖振,基本达到了加快响应速度和提高稳态精度的要求.

摘要:

为降低飞轮电控系统对其他星载电子设备的电磁干扰,以PWM全桥电路共模辐射源为研究对象,重点分析由开关管和散热片协同导致的共模辐射.建立铝制带鳍散热片计算模型,应用有限元数值计算法分析散热器能量耦合及辐射发射机理,以屏蔽作为主要抑制手段,研究屏蔽板尺寸、放置位置及通风孔对共模辐射抑制效应,并进一步提出屏蔽板改进结构.计算结果表明:使用2块屏蔽板在正确放置时就可有效抑制辐射,且屏蔽板越长,对共模辐射抑制效果越好;屏蔽板上有孔缝存在,对应的辐射就要比无孔时高,开孔个数本身对辐射的影响并不大.改进后的结构对共模辐射抑制效果更优于原结构,尤其体现在3.9 GHz窄频带范围内.

摘要:

常规的姿控飞轮驱动电机的设计只能基于经验通过重复计算得到设计参数,且无法得到最优参数.本文以磁路法和有限元法(FEM)为基础,提出以驱动电机的有效径长比为核心的姿控飞轮驱动电机的设计方法.设计磁路时,首先基于电机的等效电路建立径长比与表征电机性能的参数之间的计算模型,然后采用拉普拉斯方程的有限元法计算气隙磁通密度和电感用于精确分析电机性能.采用该方法设计了一台5 Nms轮毂驱动型飞轮电机,仿真分析了电磁转矩脉动和机械特性曲线.结果显示其调节特性的理论计算值与试验值一致,电磁结构的最大设计误差为2.9％.该方法适用于姿控飞轮驱动电机的设计,且具有准确、简洁和快速的特点.

摘要:

为了缩短姿控飞轮控制系统的设计周期和快速验证设计方案的可行性及有效性,在分析姿控飞轮电机本体数学模型的基础上,结合该姿控飞轮控制系统所采用的加速控制、制动控制、换相控制,建立了姿控飞轮控制系统模型.针对姿控飞轮的共性问题:飞轮过零响应问题,以速度模式下的指令响应为例分析了调压调速控制方式与调压调速结合反接制动方式下的飞轮速度、电流、端电压以及力矩响应.分析结果表明:在0.025 Hz的速度指令下,调压调速结合反接制动方式具有更好的过零响应.