空间站基于动量管理的集成能量与姿态控制系统

研究了使用飞轮和变速控制力矩陀螺的空间站基于动量管理的集成能量与姿态控制系 统（Integrated Power and Attitude Control System IPACS）。设计了使用飞轮和变速控 制力矩陀螺的空间站基于动量管理的IPACS框架,通过仿真验证了基于动量管理的IPACS的有 效性,以及相对于单独的IPACS的优越性,同时变速控制力矩陀螺因同时具备飞轮和框架力 矩陀螺的特点更适用于空间站长期在轨的姿态控制和能量存储要求。
     

卫星储能/姿控一体化飞轮构型及其误差分析

介绍了卫星储能/姿控一体化飞轮的偏置动量、零动量和单个飞轮的不同构型及其组成,并分析了成对飞轮偏置动量、单个飞轮零动量构型的动量和能量转换。建立了偏置动量和零动量飞轮的控制模型。对电机转矩不对称,以及转子转动惯量和安装不同轴误差对卫星姿态的影响进行了仿真试验。结果表明,前者的影响甚微;后者在不同轴误差为0.2°时,转动误差应小于2%。     

基于MicroBlaze软核的反作用飞轮控制器设计

为提高卫星用反作用飞轮控制器的可靠性及实现其小型化,对基于MicroBlaze软核为控制核心的反作用飞轮控制器设计进行了研究。根据MicroBlaze软核开发环境,给出了反作用飞轮控制器结构和包括软硬件的现场可编程逻辑阵列(FPGA)内核配置与设计,介绍了片内电流环实现、直流无刷电极控制模块和模/数(A/D)转换等关键技术。试验结果表明:该反作用飞轮控制器体积明显减小,可靠性高,实用价值较大。     

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。     

卫星姿控系统中的飞轮

飞轮又称动量轮或惯性轮,是卫星姿控系统中的执行元件,并对星体有稳定作用。卫星执行机构分两类:一类是质量喷射,包括各种喷气机构和离子推力器;另一类是动量交换,各种飞轮执行机构均属此类。一般认为:长寿命卫星姿控系统用动量交换产生控制力矩比用质量喷射更为适宜,主要理由如下: 1.飞轮为连续控制执行机构,能给出较精确的控制力矩和较高的控制速率。质量     

基于输出裕度的批量飞轮力矩优化分配策略研究

为解决传统航天器飞轮力矩分配策略会导致力矩分配不均而影响飞轮寿命的问题,建立了力矩分配问题的数学模型,对基于输出裕度的批量飞轮力矩优化分配策略进行了研究。首先,在考虑飞轮最大输出力矩受限情况下,推导出能量最优分配策略,以保证飞轮组的输出力矩方向不变;其次,为处理传统能量最优分配策略中可能出现的某个飞轮力矩过大而导致其寿命缩短的问题,提出了输出裕度概念,并建立了多目标优化模型,将多目标优化分配转为权系数的选择;再次,用权系数方法描述批量飞轮的性质,推导出一种系统能量和输出裕度双目标优化的分配策略。基于力矩输出裕度进行优化,可在优化航天器能量消耗的同时均衡各飞轮的输出力矩,节省能量并延长飞轮使用寿命,从而提高了航天器可靠性。针对八斜装飞轮的仿真结果验证了所提方法的有效性。     

非线性能量阱对飞轮振动抑制效果的实验研究

利用薄片金属梁作为非线性刚度元件,构建一种非线性能量阱。为了验证非线性能量阱对飞轮振动特性的抑制效果,搭建地面飞轮测试系统。分别采用力锤敲击和飞轮以恒定转速运行的方法施加不同载荷,对安装非线性能量阱前后测试系统各典型位置的振动响应进行对比研究。利用实测数据,采用傅里叶变换方法将动态响应信息分别在时间域和频率域内展开。研究表明：力锤敲击产生的冲击载荷和飞轮以恒定转速运行产生的稳态载荷均可以激发非线性能量阱定向能量传输;受非线性能量阱的影响,柔性支架设备安装面和飞轮安装面振动响应得到有效抑制。但是,由于非线性能量阱阻尼和吸振子质量较小,不同程度削弱了其振动抑制效果。     

某磁悬浮飞轮控制模型及其转子质心轴向偏移仿真分析

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。     

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。