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1.  挠性框架对陀螺飞轮性能影响分析  
   章晓明  吕奇超  谭天乐《航天控制》,2015年第33卷第3期
   挠性框架是实现陀螺飞轮输出三轴控制力矩、测量外界角速度的关键部件.通过数值计算分析了挠性框架平衡环的惯量特性、内/外弹性元件的摆动刚度,以及倾侧角度对陀螺飞轮整机性能指标的影响.分析结果表明:降低挠性框架剩余刚度系数可以提高陀螺飞轮转子摆角控制精度,降低控制力矩.    

2.  一种磁悬浮陀螺飞轮方案设计与关键技术分析  被引次数:3
   刘彬  房建成  刘刚《航空学报》,2011年第32卷第8期
    提出一种磁悬浮陀螺飞轮的设计方案,采用洛伦兹力磁轴承对陀螺飞轮转子进行五自由度支承以提供转动自由度,并利用洛伦兹力磁轴承磁力与电流的线性特性,间接测量陀螺仪的输入角速度。该装置作为姿态控制执行机构兼有敏感器功能,可同时进行三自由度姿态控制与两自由度姿态敏感。针对磁悬浮陀螺飞轮二自由度姿态敏感与三自由度姿态控制这两项关键技术进行了分析,推导了转子坐标系下磁悬浮陀螺飞轮的运动方程。提出前馈矩阵方法来补偿转子动力学耦合对输出径向二自由度控制力矩精度的影响,并对其进行了实验验证。磁悬浮陀螺飞轮可显著降低卫星姿态控制系统的体积、重量、功耗和发射成本,为中国微小卫星技术的发展从器部件层面上提供支持。    

3.  微型反作用飞轮技术  
   姜宁翔  许辰  孙丹  刘胜忠《上海航天》,2013年第30卷第4期
   针对微小卫星姿控系统对微型飞轮的需求,设计了一种微小型、长寿命的飞轮.给出了微型飞轮的总体组成.控制电路采用数字量控制一体化设计,电机转子和轮体一体化设计,控制软件实现对飞轮两种工作模式四种工作状态的控制.介绍了轴承组件的润滑系统、预载荷设计和寿命预测,电机组成及特性、定子和转子,控制电路的微控制单元、电动驱动单元、电机电流采样反馈单元、飞轮温度采样处理单元、RS485通信接口电路及其电路元器件选用,飞轮控制软件需求、任务流程和运行模式等关键技术.地面和环境模拟试验考核表明:微型飞轮设计正确,各项性能指标满足微小卫星姿控系统要求.    

4.  带VSCMGs的航天器姿态稳定及功率补偿控制  
   田林  徐世杰《北京航空航天大学学报》,2013年第39卷第2期
   基于变速控制力矩陀螺群动力学模型建立其复合控制方程和分系统解耦约束方程,用矩阵投影方法同步设计得到航天器姿态与能量一体控制复合操纵律,利用Lyapunov方法分析了转子轴向惯量误差对姿态控制分系统的影响.根据飞轮转子轴向惯量与功率输出之间的误差关系设计出功率控制补偿器.复合操纵律中的力矩和功率两解形式相同,约束方程使得姿态与能量控制两分系统解耦,便于进行考虑执行机构特性的闭环控制系统性能分析.考虑飞轮转子轴向惯量误差时,姿态控制分系统的输出耗散特性使其能够保持稳定,而功率控制分系统输出误差与转子轴向惯量误差成比例关系,经过补偿后功率输出能满足控制要求.    

5.  挠性支承对飞轮隔振系统性能的影响分析  
   陈辰  王虹  武登云  樊亚洪  关新《空间控制技术与应用》,2016年第42卷第2期
   飞轮的高速转子在运转过程中会激发微幅多频振动,对航天器的高精度姿态稳定控制产生不利影响.本文基于飞轮隔振系统结构,建立其动力学模型,并通过实验验证该被动隔振装置的固有模态.对增加挠性支承的飞轮隔振系统的数学模型,通过仿真分析隔振装置在挠性支承条件下对飞轮扰动的抑制效果,实验测试了不同挠性支承条件对飞轮隔振系统微振动特性的影响.结果表明,隔振装置在悬臂挠性支承条件下依然具有优异的隔振性能,挠性支承刚度的适当减弱有利于飞轮隔振系统抑制扰动;挠性支承刚度会降低飞轮隔振系统的二阶结构固有振动频率,但基本不影响其涡动特性.    

6.  基于结构可靠性的姿控/储能飞轮转子设计方法研究  被引次数:3
   赵丽滨  张建宇  高晨光  韩邦成  房建成《宇航学报》,2006年第27卷第5期
   姿控/储能两用飞轮在工作过程中依靠飞轮转速的变化来实现姿控和储能两方面的需求,在转速变化过程中,飞轮结构承受的交变载荷作用会导致飞轮发生疲劳破坏。为保证结构安全工作,需要依据结构可靠性的要求对飞轮转子进行结构设计,本文介绍了姿控/储能飞轮结构所采用的金属材料及复合材料的可靠性分析理论,并针对两用飞轮结构的特点提出了基于结构可靠性的姿控/储能两用飞轮转子设计方法。基于通用有限元分析软件建立了飞轮的三维有限元分析模型以得到结构的应力分布。最后给出了设计示例。该研究为飞轮的结构设计和飞轮的破坏试验提供理论依据。    

7.  某磁悬浮飞轮控制模型及其转子质心轴向偏移仿真分析  被引次数:1
   刘高锋  夏永江  刘付成《上海航天》,2010年第27卷第5期
   基于某磁悬浮飞轮转子动力学模型,根据现代控制理论构建了该飞轮系统的状态控制模型。由极点配置法设计了全状态反馈控制器,用Matlab/Simulink软件仿真分析了转子系统质心的轴向偏移对控制器设计和整个系统性能的影响。结果表明:设计的飞轮转子系统满足要求。分析对磁悬浮飞轮系统的优化设计有一定的参考意义。    

8.  飞轮和控制力矩陀螺高速转子的涡动特性研究  被引次数:1
   邓瑞清  虎刚  王全武《空间控制技术与应用》,2009年第35卷第1期
   执行机构的高速转子在旋转过程中所造成的高频抖动,将对卫星的姿态控制精度和稳定度造成一定的影响。通过建立飞轮和控制力矩陀螺高速转子的动力学模型,分析转子的涡动特性,并通过振动测试试验验证了相关的理论分析结果。    

9.  小型控制力矩陀螺扰动建模及性能指标分析  
   张尧  金磊  徐世杰《中国空间科学技术》,2012年第32卷第4期
   为实现遥感卫星的高精度指向能力,对遥感卫星星上常用执行机构控制力矩陀螺扰动及性能指标评定进行了研究。首先,充分考虑小型控制力矩陀螺的静动不平衡量以及框架轴的安装误差,根据动量定理和动量矩定理建立了完整的星载小型控制力矩陀螺的动力学模型,并对所建立模型的正确性进行了理论分析和仿真验证;其次,将含有扰动特性的小型控制力矩陀螺应用到星上,建立了整星动力学模型,并选用合适的框架伺服控制系统和转子伺服控制系统,完成整星的姿态稳定控制任务;最后,采用数值仿真的方式分析了陀螺转子静动不平衡因素以及框架角测量误差对星体姿态精度和稳定度带来的影响。结合任务要求,对小型控制力矩陀螺设计提出静动不平衡量等指标要求,以期使其满足星上光学有效载荷的成像要求。    

10.  采用VSCMGs的航天器IPACS设计的一种投影矩阵方法  被引次数:2
   张军  徐世杰《宇航学报》,2006年第27卷第4期
   研究以变速控制力矩陀螺群(VSCMGs)为执行机构的能量/姿态一体化控制系统(IPACS)中的操纵律设计问题。建立了带VSCMGs的刚性航天器的动力学方程,用Lyapunov方法设计了渐近稳定的姿态控制律;在对VSCMGs的动力学进行详细分析的基础上,用投影矩阵法设计了一种操纵律,该算法将姿态控制指令力矩分解成两个力矩分量之和,其中一个由陀螺模式提供,另一个由飞轮模式提供,从而使VSCMGs处于构型奇异时陀螺模式也处于工作状态,降低了飞轮模式的负荷;文中证明了IPACS所需的变速控制力矩陀螺(VSCMG)个数最少为3,并分析证明了所设计的算法可以有效地解决姿控/储能一体化设计中可能出现的奇异问题。仿真结果验证了所设计算法的可行性。    

11.  基于控制杆的太阳帆姿态控制研究  被引次数:2
   崔祜涛  骆军红  崔平远  冯军华《宇航学报》,2008年第29卷第2期
   针对由控制杆、反作用飞轮、有效载荷和太阳帆所组成的太阳帆航天器多体系统,从物理模型出发,利用拉格朗日方程建立了多体航天器的姿态动力学模型.对该类太阳帆航天器的系统能控性和稳定性进行分析,并通过数值仿真对太阳帆航天器三轴姿态控制的响应特性和行星际轨道转移过程中姿态控制效果进行研究.研究结果表明,在行星际飞行中利用顶部带有载荷的控制杆和反作用飞轮来对太阳帆航天器进行三轴姿态控制的方法是可行的.    

12.  一种磁悬浮飞轮增益预调交叉反馈控制方法  
   田希晖  房建成  刘刚《北京航空航天大学学报》,2006年第32卷第11期
    磁悬浮飞轮转子在高转速下表现出的陀螺效应是影响系统稳定性的主要因素.为了提高磁悬浮飞轮的失稳转速,针对陀螺效应引起的系统章动失稳和进动失稳,提出了一种基于转速的增益预调交叉反馈控制方法,针对不同的转速段,建立在线控制相对应的交叉反馈通道增益和带宽参数表,对进动模态和章动模态分别实现交叉相位补偿.采用该控制方法用经典控制理论中的根轨迹法对系统的章动稳定性进行了仿真并对控制参数进行了优化.仿真和实验结果表明,采用这种基于转速的增益预调交叉反馈的控制算法,能够有效地抑制磁悬浮飞轮转子陀螺效应所导致的章动失稳,所设计的磁悬浮飞轮原理样机能够稳定运行在其额定转速30000r/min.    

13.  MSCMG框架伺服系统非线性摩擦力矩建模与实验研究  被引次数:1
   王鹏  房建成《宇航学报》,2007年第28卷第3期
   在磁悬浮控制力矩陀螺(MSCMG)中,由于陀螺耦合力矩的影响,使得陀螺框架系统的摩擦力矩随着陀螺输出力矩和框架角位置的不同而发生变化,为了实现控制力矩陀螺输出力矩的高精度控制,需要对摩擦力矩进行精确建模。对控制力矩陀螺框架系统进行了动力学研究,分析了摩擦力矩随陀螺输出力矩和框架角位置的变化机理和变化规律,并据此建立了磁悬浮控制力矩陀螺框架系统的非线性摩擦力矩模型和非线性动力学模型。用实验数据对非线性动力学模型参数进行了最优最小二乘辨识,并用所得到的模型进行实际数据分析和仿真研究,仿真结果与实际实验数据非常吻合,验证了所建立模型的正确性和有效性。    

14.  SGCMG框架伺服系统动力学建模与低速控制  
   金磊  徐世杰《中国空间科学技术》,2010年第30卷第6期
   单框架控制力矩陀螺(SGCMG)框架伺服系统内部存在的各种干扰会严重影响陀螺的力矩输出精度.为了实现力矩输出的高精度控制,需要对框架伺服系统进行精确动力学建模与控制.通过对作用于航天器上SGCMG的详细动力学分析,建立了框架伺服系统动力学模型,其中考虑了动静不平衡干扰力矩以及摩擦力矩.基于正弦永磁同步电机,利用自抗扰理论设计了框架伺服系统内外环控制器.仿真结果表明,在忽略转子不平衡所引起的高频干扰力矩的前提下,此控制器能对内外环存在的所有建模及未建模干扰进行准确估计和补偿,保证了框架的高精度控制.通过仿真还得到了转子不平衡对框架控制精度的影响量级,将为进一步研究如何抑制不平衡振动提供参考依据.    

15.  50Nms磁悬浮反作用飞轮转子优化设计方法的研究  被引次数:3
   韩邦成  虎刚  房建成  张建宇《宇航学报》,2006年第27卷第3期
   介绍了一种额定工作转速为-5000rpm-5000rpm,额定角动量为50Nms的五自由度磁悬浮反作用飞轮。利用多学科设计优化软件iSIGHT及有限元分析软件ANSYS,通过序列二次规划法对飞轮转子进行了多学科设计优化研究:以转子质量为优化目标,以转子、静力学、共振频率、转子动力学、角动量、几何尺寸等多学科要求同时作为约束条件进行了优化设计。结果表明,通过多学科设计优化,在满足设计要求的同时,使转子重量达到了最小化(4.09kg),提高了设计效率和设计质量,在航天器姿态控制系统的设计中具有现实意义。    

16.  卫星机动过程成像的姿态规划与控制研究  
   杜宁  尹海宁  朱文山  朱虹《上海航天》,2017年第34卷第6期
   对有星载相机的卫星机动过程成像的姿态规划与控制进行了研究。为避免目标姿态的任意性产生的控制转序问题,用四元数描述偏流角跟踪控制。从用户角度出发,提出了两种适于机动过程成像的姿态规划模式:一是指定星体相对轨道系摆扫角速度,通过设定摆扫方向与卫星飞行方向成任意角度,可实现任意方向摆扫成像,另一是指定成像点经纬度条带,可实现海岸线等地面目标成像。在摆扫规划姿态的基础上,将绕相机光轴转过经迭代计算的偏流角作为最终的姿态控制基准,给出了高动态姿态机动控制算法。引入陀螺角速度信息以提高滚动姿态机动过程中的动态特性;将星体当前姿态与目标姿态偏差四元数作为姿态控制基准以实现任意姿态最短路径机动;以飞轮作为姿态控制执行机构,设计PD控制律,在机动过程中对内干扰力矩进行前馈控制。仿真结果验证了所提算法的有效性和工程可操作性,可用于对地成像小卫星机动过程成像的姿态规划与控制。    

17.  充液航天器液体晃动等效力学模型的建立  被引次数:1
   李英波  冯正进《上海航天》,2003年第20卷第4期
   在考虑液体表面张力影响液体晃动求解的基础上,利用动力学方程等价准则,建立了三轴定向充液卫星在二维平动和二维摆动扰动作用下的空间摆等效力学模型,并对两种情况下等效摆的主要参数进行了计算和比较。结果表明,考虑表面张力时,液体的晃动特性对航天器姿态控制系统稳定性有不利影响。    

18.  角动量包及斜装飞轮的卸载系统  
   徐凡  林来兴《航天控制》,1986年第1期
   研究和设计以飞轮作为执行机构的卫星姿态控制系统要利用角动量包的概念。本文定义了两类不同的角动量包。一类取决于飞轮的安装形式,可应用于姿态捕获和姿态机动的设计中;另一类取决于控制系统的分配规律,可应用于飞轮正常控制模式和各种故障模式及卸载的设计中。对角动量包的分类和研究为解决多个斜装飞轮的卸载奠定了理论基础。本文通过实例介绍一种最佳斜装飞轮的卸载规律。    

19.  采用混合执行机构的卫星快速机动技术研究  
   耿淼  卢山  夏永江《上海航天》,2013年第30卷第1期
   研究了一种采用混合执行机构的姿态单轴快速机动的控制方法.设计了由平行构型单框架控制力矩陀螺(SGCMG)和飞轮组成的混合执行机构配置方案.综合姿态机动规划,设计了前馈和反馈相结合的姿态机动控制律,并通过执行机构动力学分析给出了操纵律.仿真结果表明:采用平行构型SGCMGs和飞轮的混合执行机构模式,可实现姿态三轴高精度稳定控制和侧摆快速机动的任务要求.    

20.  采用变速控制力矩陀螺的一种姿态/能量一体化控制研究  被引次数:10
   贾英宏  徐世杰《宇航学报》,2003年第24卷第1期
   本文研究采用变速控制力矩陀螺(VSCMG)的航天器姿态/能量一体化控制技术。首先建立了以变速控制力矩陀螺为执行机构的航天器姿态动力学模型,并给出了全局稳定的姿态反馈控制律。以控制力矩陀螺群的构型奇异量度为依据,分别考虑了VSCMG的控制力矩陀螺(CMG)工作模式和反作用飞轮(RW)工作模式。在陀螺群接近奇异时启用转子的反作用飞轮工作模式来补偿控制力矩陀螺采用鲁棒伪逆操纵律时所引起的力矩误差;在陀螺群远离奇异状态时,用控制力矩陀螺来补偿转子储能带来的干扰力矩。在姿态控制的同时利用转子的变速特性,完成按照给定的功率存储/释放能量,并在陀螺群远离奇异状态时对储能过程中转子的转速进行调节,以保持良好地动量包络外形。最后以某航天器的姿态控制为例,给出了数值仿真结果。    

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