一种基于多霍尔的磁悬浮反作用飞轮速率模式控制方法

针对磁悬浮反作用飞轮速率模式高精度驱动控制问题,采用27个开关式Hall位置传感器,提出基于常增益卡尔曼滤波转速估计算法的转速测量方法,有效提高了飞轮转速控制精度。实验结果表明,低转速时,与12个Hall位置传感器测速方法相比较,力矩输出精度提高了一个量级,达到3×10-4N.m。     

磁悬浮飞轮优化设计与实验

针对在轨磁悬浮飞轮转子系统,考虑发射主动段振动工况,提出一种基于灵敏度分析的多学科优化设计方法。通过比较分析内、外锁紧方案对锁紧状态飞轮转子系统共振频率的影响,得到了较优的抱式外锁紧方案。在此基础上,对飞轮转子进行灵敏度分析,并选择高灵敏度结构参数作为优化设计变量。考虑其结构强度、转动惯量、控制性能、自由状态和锁紧状态一阶共振频率,以飞轮转子质量最小为优化目标,利用序列二次规划法对其进行多学科优化设计。优化结果表明,在满足发射振动工况下,飞轮转子极转动惯量与质量的数值比达到最大为0.0070,比初始值0.0064提高了9.4%。该优化方法提高了飞轮转子设计的可靠性和效率,其首次在轨实验成功对我国磁悬浮飞轮空间应用具有重要意义。     

磁悬浮飞轮与机械飞轮干扰特性的对比分析

针对飞轮在工作过程中对航天器姿态控制精度和稳定度所产生的不利影响,提出使用干扰模型来对比分析和研究磁悬浮飞轮与机械飞轮的干扰特性。通过建立飞轮系统的数学模型,得到机械飞轮与磁悬浮飞轮的平动及转动的干扰特性,比较和分析两种飞轮干扰特性的相同点和不同点,运用试验对分析结果进行验证。研究结果表明,高速转子的不平衡振动是产生飞轮干扰的主要原因,机械飞轮由于支承的固有特性使得干扰的频率成分相对比较复杂,采用磁轴承使得高速转子与支承之间具有一定的间隙存在,所以转子的陀螺效应表现得更为明显,当飞轮转速达到转子系统反向涡动频率时会产生较大干扰。     

超导磁悬浮储能及姿控飞轮的永磁结构仿真

针对一种微小卫星使用的超导磁悬浮储能及姿控飞轮结构,采用H方法(以磁场强度H作为独立变量)对飞轮的永磁结构转子与超导结构定子进行了耦合磁场分布和悬浮力的仿真分析。通过对比3种尺寸相同但构型不同的永磁结构,确定采用悬浮力最大且敏感元件区域磁场强度最小的Halbach构型作为飞轮转子的永磁结构。通过调整Halbach构型的中心磁体宽度和高度,并保持永磁结构的总体尺寸不变,以悬浮力最大为优化目标,兼顾敏感元件区域的磁场强度,获得了结构最优的Halbach构型永磁结构,计算悬浮力大小约1 084 N。     

一种直流侧电压调节的反作用飞轮直接转矩控制方法

为了抑制无刷直流电机转矩脉动,实现反作用飞轮输出转矩的高精度控制,本文提出了一种基于直流侧电压调节的直接转矩控制方法。首先,建立了反作用飞轮转矩脉动模型,无刷直流电机换相转矩脉动和电流纹波是反作用飞轮转矩脉动产生的主要原因。然后,通过直接转矩控制与直流侧电压调节结合,减小换向转矩脉动与电流纹波,提高反作用飞轮的转矩输出性能。最后,对提出的方法进行实验验证,输出转矩30mN·m和50mN·m时,转矩脉动分别减小为10.63%和10.23%,实验结果表明该方法可提高反作用飞轮输出转矩性能。     

磁悬浮框架飞轮磁轴承技术研究与发展现状

对磁悬浮框架飞轮(MSGFW)和高精度磁轴承研究现状及其未来发展进行了详细阐述。根据转子悬浮力类型,将磁悬浮框架飞轮分为磁阻力构型、洛伦兹力构型和混合力构型,并结合三种构型论述了国内外框架飞轮的发展过程。在此基础上,对球面磁阻力磁轴承和洛伦兹力磁轴承进行了详细介绍,并结合磁路图分析其工作原理,比较了同类磁轴承的优劣。展望了磁悬浮框架飞轮与高精度磁轴承的未来发展方向,指出高动态响应检控共位平动球面磁阻力磁轴承,标准磁悬浮动量球和磁悬浮控制敏感球是磁悬浮框架飞轮的研究重点。     

基于Matlab/dSPACE的无刷直流电机双闭环控制实时仿真

永磁无刷直流电机(Brushless DC Motor,以下简称BLDCM)的控制算法一般采用嵌入式软件编程的方法实现,其开发过程复杂,代码编写工作繁重,在电机控制器研制初期不利于提前进行控制算法的研究。基于Matlab/Simulink开发的dSPACE实时仿真平台,无需代码编写,实时性好,控制算法开发周期短,能够很好的用于BLDCM控制原理的理解和控制算法的仿真研究。通过BLDCM的在线实时仿真,介绍了基于dSPACE的半实物仿真技术,建立了基于BLDCM双闭环控制的仿真模型,利用ControlDesk软件进行了在线参数调试,实现了双闭环控制模型快速控制原型验证(RCP)。通过BLDCM的实时仿真,验证了BLDCM双闭环控制方法的正确性,实时仿真结果与理论分析一致性较好,电机转速控制稳态和动态性能较好,为BLDCM的控制算法提供研制依据,体现了Matlab/dSPACE仿真平台在控制器算法设计中的优越性。     

磁悬浮飞轮转子系统的快速Terminal滑模控制

针对磁悬浮飞轮(MSFW)高精度控制的要求,提出了磁悬浮飞轮转子的快速Terminal滑模控制(FTSMC)以实现其鲁棒控制。建立了MSFW动力学方程,对MSFW受控自由度引入交叉反馈设计实现了各自由度解耦,分析并选取了三阶非线性微分跟踪器得到所需的微分信号,设计了快速Terminal滑模控制器,并利用Lyapunov函数证明了该控制系统的稳定性。仿真结果表明,与采用普通滑模控制相比,该控制系统具有状态响应快、系统状态在设定时间内迅速收敛以及抖振小等特点。     

一种超薄反作用飞轮的大面积磁悬浮结构分析

为提高轴向磁通反作用飞轮的轴向刚度和寿命,结合轴向磁通飞轮的结构,提出一种超薄、大面积磁悬浮的反作用飞轮。重点分析该飞轮的大面积磁悬浮结构,从磁环的宽度、磁环的充磁方向、磁环间距、铁芯厚度和磁悬浮刚度五个方面展开研究。通过有限元仿真可以发现：随磁环宽度的增加,定子对转子的斥力是先增大后减小;定子内外环磁化方向相反时比相同时能得到更大的斥力;在内外环磁化方向相反时,内外环磁钢间距越小,定子对转子斥力越大;磁悬浮部分铁芯厚度的减小对定转子间的斥力的影响极其有限,但对降低飞轮重量具有重要意义;磁悬浮的刚度与转子偏离中心的距离近似成正比。     

高速无刷直流电机在磁悬浮惯性执行机构中的应用研究进展

为了满足新一代卫星平台高精度、高稳定度的需求,研制了一种磁悬浮惯性执行机构用功耗低、精度高、体积小、重量轻的高速无刷直流电机,提出了多约束条件下电机定子结构和转子磁体结构的设计优化原则及方法,并就高精度的锁相速度控制以及铁耗和转矩脉动的抑制方法进行了研究.对比分析了国内外高速永磁无刷直流电机在磁悬浮惯性执行机构中的应用研究现状,指明了所提出的设计原则和控制方法对提高磁悬浮惯性执行机构整体性能的有效性.     

传感器在卫星飞轮中的应用与发展

分析了传感器作为卫星飞轮关键部件的作用和对飞轮整体电性能的影响。介绍了飞轮中传感器的常用类型和工作原理，以及相应的应用情况和典型产品的性能。     

磁悬浮姿控/储能飞轮能量转换控制系统设计与实验研究

针对磁悬浮姿控/储能飞轮(ACESFW)的能量释放问题,采用直流降压斩波原理,设计了一种能量转换控制器,提出对降压斩波器输出进行软件功率因数校正的转换控制方法,将高速ACESFW存储的动能,转变为稳定直流电能输出。仿真和地面试验结果表明,所设计的能量转换器转换效率高,电压输出稳定,高频纹波小,可以满足星上设备的供电要求。     

高性能无刷直流电机数字稳速控制系统实现

介绍了一种高性能无刷直流（BLDC）电机数字稳速控制系统的实现方案。给出了基于DSPTMS320F2812芯片的系统硬件和软件设计。采用了基于变参的积分分离比例积分（PI）控制方案。模拟环境和实物实验结果表明系统的稳速控制性能理想。     

采用太阳电池阵和储能飞轮的电源系统设计与分析

飞轮储能装置具有比能量高、寿命长、任务期内无衰减等优点,可替代航天器中传统的化学储能装置。为论证太阳电池阵-储能飞轮电源系统的可行性,本文从航天器总体设计的角度分析了其关键设计要素,论述了其对航天器机、电、热等方面的影响,并给出提高系统可行性的合理化建议,以及针对低轨卫星的太阳电池阵-储能飞轮电源系统的设计举例。通过与传统电源系统的技术指标对比分析,表明太阳电池阵-储能飞轮电源系统具有较高的比功率,并在降低航天器质量、节约发射成本方面具有很大优势,在未来航天器的应用中具有很大的潜力。     

磁液悬浮式离心血泵的性能仿真分析与实验研究

本文提出一种新型的磁液悬浮式离心血泵,对该产品的基本结构和工作原理进行了介绍。通过流场仿真软件AnsysCFX对血泵内部流场进行仿真分析,借助实验方法对仿真结论进行验证,为磁液悬浮式离心血泵的设计及改进提出了理论依据。现阶段,该产品的研制已取得很大进展。     

基于MATLAB的自动控制系统仿真与分析

本文在给出机器人行走系统的数学模型的基础上，利用 MATLAB对控制系统进行仿真，同时详细地分析了控制系统，给出了系统的时域性能指标、开环频率特性及根轨迹，说明了系统设计的有效性。     

导航卫星天线收发系统耦合分析与仿真

导航卫星天线系统由接收天线系统和发射天线系统组成,发射天线系统为多频段工作模式。接收天线系统为单频段工作模式。当多个频段的信号经过发射天线系统后的三阶无源互调产物落入接收天线系统工作带宽内时,如果无源互调电平大于接收信号电平,则将严重影响导航卫星接收系统的正常工作。为此,应尽量提高发射天线与接收天线之间的隔离度,使已产生的无源互调电平得到有效衰减,从而不影响正常接收信号的工作。文章从微波网络JS散射矩阵出发,结合电磁场专用软件,给出了两种卫星平台上的发射和接收天线之间隔离度的仿真分析结果,为导航卫星天线布局提供依据。     

无人机模拟训练系统中的实时飞行仿真

为了降低无人机的试飞成本,提高操纵手的技能,设计了一种模拟训练系统。介绍了该模拟训练系统的特点和构成,着重对系统中实时飞行仿真的各模块设计方法进行了研究。在DOS操作系统中用C语言实现飞行仿真软件,并讨论了软件实现中的模态切换等关键问题。通过飞行剖面仿真实验,证明该仿真系统可靠性高、实时性好。     

固体火箭发动机燃气射流流场和声场数值计算

燃气射流噪声是固体火箭发动机工作过程中的主要噪声源之一,射流流场的参数对其产生的射流噪声有重要影响。通过大涡模拟(LES)对不同尺寸喷管形成的超声速高温射流进行了三维非稳态数值模拟,随后在合适的声源面中,采用FW-H(Ffowcs Williams-Hawkings)声学模型和傅里叶变换得到了燃气射流噪声声压级的空间分布。计算结果表明,随着喷管尺寸增大,超声速射流核心区变大,喷口流场波节数增加,对喷管尾流场的影响域扩大,其产生的射流噪声也增强;燃气射流噪声辐射有较强的指向性,在射流轴向30°角方向噪声声压级最大,与相关文献中的试验结果比较吻合。研究结果可为后续固体火箭发动机降噪设计提供参考。