飞轮储能用混合磁悬浮轴承温度场分析

磁悬浮轴承(MBs)作为飞轮系统的重要组成部分,工作在真空环境,然而散热条件差,温度过高严重影响了飞轮的运行,降低了飞轮的可靠性。在对飞轮储能用混合型磁悬浮轴承损耗进行分析的基础上,利用ANSYS有限元软件建立混合型磁轴承的3D热模型,将不同运行状态下磁悬浮轴承的损耗作为热源导入温度场中,得到了磁悬浮轴承在不同运行状态下的温度分布,为磁悬浮轴承的设计和温升控制提供了重要的依据。     

零动量轮卫星姿态控制系统研究

针对零动量轮卫星控制系统解耦和进动抑制问题,提出了一种新的进动抑制方案。分析了仅靠飞轮控制的零动量轮卫星系统的稳定性。将偏置动量轮卫星的进动和章动抑制原理引入零动量控制系统,并针对零动量轮卫星自身特性,对磁控制规律进行改进,解决了不解耦情况下零动量轮卫星的进动抑制问题。仿真结果验证了所提方案的可行性和有效性。     

卫星飞轮产品和技术的商业化发展

介绍了惯性器件飞轮在卫星姿态控制系统中的作用，原理和分类，分析了各类飞轮产品的特点及适用范围，说明了飞轮在中国的发展情况，列出了部分飞轮产品的性能指标，并探讨了中国飞轮技术和产品的商业化发展问题。     

飞轮贮能系统在未来航天器中的应用

传统蓄电池贮能系统由于其比能量小、可靠性低的固有缺陷已难以满足未来航天器的总体性能发展要求。近年来,随着高性能磁轴承、高强度轻重量的复合材料、电力电子技术等一系列关键技术的发展,使得飞轮贮能系统取代目前航天器中镍氢电池贮能系统成为可能。文中系统地阐述这一未来的航天器贮能系统,其中具体介绍了飞轮贮能系统的高比能量、长寿命、高效率等优越特性以及在航天器应用中独具的位姿控制附加功能,并对飞轮贮能系统的结构组成、多功能集成等方面作了较为详细的论述,最后介绍了目前飞轮贮能系统在航天器中应用研究的状况     

基于数据关联性分析的飞轮异常检测

针对航天器早期故障在闭环系统下难以被检测、数学模型难以精确建立的问题,提出了一种基于数据关联性分析的归纳式系统异常监测(IMS)方法。该方法采用无监督学习的聚类算法,利用具有关联性的参数构建数据向量,通过聚类分析自动建立健康数据向量的族类阈值区间。关联关系的破坏将引起部分参数超出族类阈值区间,使系统的异常程度存在模糊性与随机性。引入云模型评价指标,将闭环系统异常程度的不确定性通过熵与超熵定量表示,从而更加准确地判断闭环系统的异常程度。仿真结果表明:该方法能够建立卫星飞轮闭环系统的族类知识库,并可以根据云模型提供的定性知识有效判断系统的异常程度。     

基于BM3803的磁悬浮飞轮集成控制器设计实现

针对空间应用对磁轴承控制器体积、功耗和可靠性方面的要求,研究了某空间处理器BM3803的磁悬浮飞轮集成控制器,并搭建了实验平台测试了此方案的实际性能.经理论分析,基于BM3803+FPGA的磁轴承控制器相对基于DSP+FPGA的控制器失效率降低了54.3％,实验结果表明新的系统功耗降低30％,同时控制精度也有所提升.     

基于阻力矩测量方法的高速磁悬浮飞轮损耗分析与优化

磁悬浮惯性执行机构是空间飞行器姿控系统的关键执行机构,为了准确获得高速磁悬浮飞轮的能耗影响因素,对飞轮结构进行优化设计.首先分析了旋转磁通条件下磁性材料的铜损耗、磁滞损耗和涡流损耗,提出采用电机阻力矩测量方法间接测量磁悬浮飞轮内部的能量损耗,通过实际测量飞轮降速曲线和理论计算得到飞轮阻力矩,测量不同结构形式和基座材质下飞轮的阻力矩,并比较了飞轮能耗.实验结果表明,在满足飞轮其他性能情况下,增加电机定转子轴向间距、添加电机隔磁环、改变电机定子及磁轴承基座材料可以降低飞轮阻力矩.优化后的飞轮阻力矩由原来的28.7mN·m降低至21.5mN·m,能耗降低25％以上.     

扁平型外转子混合磁悬浮飞轮动力学分析

针对扁平型外转子磁悬浮飞轮,考虑轴向被动悬浮刚度影响,采用理论模型与数值模拟相结合的方法,对系统静态悬浮和稳定旋转两种工况下的动力学特性进行了研究.结果表明,静态悬浮时,轴向刚度的变化对径向摆动固有频率影响明显,径向刚度的变化主要影响系统径向刚体平动固有频率,振型交换区内系统振型为转子刚体平动与摆动的叠加;稳定旋转时,轴向刚度的变化主要影响低速圆锥涡动频率,径向刚度的变化主要影响圆柱涡动频率.     

基于扩展卡尔曼滤波器的航天器姿控飞轮故障诊断

将未知输入卡尔曼滤波器扩展到非线性系统,并将其应用于检测航天器飞轮出现的早期渐变型故障,以提高故障检测的及时性,避免重大事故的发生。通过构造一组结构化残差实现故障分离,采用Wald序列检测方法处理滤波残差,最后给出故障判断逻辑。仿真结果验证了结论的有效性。     

航天器贮能飞轮的发展与应用

介绍了一种替代航天器传统化学蓄电池的新概念电池-贮能飞轮,具有比能量、比功率大,寿命长,免维护、无二次污染的优点。论述了基于无位置传感器控制永磁同步电机/发电机的电磁悬浮贮能飞轮组成、电动机/发电机能量转换控制原理、关键技术和未来发展方向。