一种新型的五自由度磁悬浮电机

介绍了一种新型的五自由度磁悬浮电机系统，它由两自由度无轴承电机和三自由度磁轴承两个独立悬浮单元构成。其中无轴承电机将悬浮绕组与转矩绕组叠绕在一起，同时实现转矩驱动和转子两自由度径向悬浮；三自由度磁轴承利用单极永磁偏置磁场实现转子轴向悬浮以及两自由度径向悬浮。该电机结构紧凑，有利于向大功率、高转速方向发展。文中介绍了悬浮力产生的基本原理，简要推导了系统数学模型，给出了控制系统框图。最后对实验样机转子在五个自由度上的悬浮情况以及绕组电流变化进行了测量和分析。实验结果验证了所述原理和控制方案的正确性。     

磁悬浮元件精密绕线技术研究

磁悬浮元件电感一致性是衡量其性能优劣的关键技术指标,本文通过对影响磁悬浮元件电感一致性的因素分析,从磁悬浮元件的工作原理、结构特性、精密绕线等方开展研究,总结出了提升磁悬浮元件精密绕线技术水平的关键工艺方法,提高了磁悬浮元件电感一致性。     

基于ADRC的MSCMG框架系统高精度控制

针对非线性摩擦和外部随机扰动影响磁悬浮控制力矩陀螺(MSCMG, Magnetically Suspended Control Moment Gyroscope)框架系统角速率精度的问题,提出了一种基于自抗扰控制器(ADRC, Active Disturbance Rejection Controller)的高精度转速控制方法.通过三阶扩张状态观测器将框架系统负载力矩、非线性摩擦力矩及外部随机扰动力矩作为"总扰动"进行估计,并对该扰动力矩进行补偿.仿真及实验结果表明:基于自抗扰控制器的框架系统控制方法使框架转速精度和稳定度提高了50%以上,且具有抗干扰能力强和动态特性好的特点.     

磁悬浮敏感陀螺动力学建模与关键误差源分析

基于转子动力学构建了针对一种新型双球形包络面转子磁悬浮敏感陀螺（MSSG）动力学模型,并对陀螺关键误差源进行了理论分析。描述了磁悬浮敏感陀螺的结构特点与角速率测量原理,并分别建立了磁悬浮转子所受电磁力与电磁力矩数学模型,分析了转子微小平移与偏转对转子力学状态的影响机理,利用ANSYS软件得出的有限元仿真结果与模型计算结果基本吻合。在此基础上,从理论上对转子非球形误差和洛伦兹力磁轴承误差2种主要误差源进行了初步分析,给出了干扰力矩解析表达式。计算表明:转子非球形和洛伦兹力磁轴承中磁场分布不均是导致测量误差产生的主要因素。模型的构建可为磁悬浮敏感陀螺的优化设计与分析提供有效理论依据。      

抗磁性物质磁悬浮方法在空间生物学与生物技术中的应用

失重是特定空间运动条件下的重要环境物理特征之一, 一般以微重力环境来表示. 几十年来人类利用空间失重环境进行了多学科领域的科学研究与探索. 由于真实空间失重环境下科学实验机会稀少, 人类为研究空间失重环境或效应, 开发了多种地基的空间模拟实验技术方法. 然而, 对于空间生物学和空间生物技术研究而言, 已有的各种模拟实验技术手段在原理上和应用上均存在一定的局限性. 本文介绍了抗磁性物质在大梯度强磁场中的悬浮现象, 及将其用于模拟空间失重环境的方法与原理;简述了近年来利用抗磁性物质悬浮方法进行生物大分子晶体生长、分子细胞生物学及整体生物学等方面研究与应用的进展.      

单自由度混合磁悬浮轴承控制系统模型的研究

介绍了单自由度永磁偏置的混合磁悬浮轴承的工作原理,提出了永磁磁通与电磁磁通叠加计算混合磁悬浮轴在的方法,给出了由这种方法导出的计算磁感应强度的理论计算公式,建立了混合磁悬浮轴承的数学模型及其控制模型,以ＰＩＤ为控制策略,导出混合磁悬浮轴承系统稳定性和动态性能的传递函数,通过理论分析和实验验证,得出了增大永磁内部磁动势可以提高轴承的承载力,稳定性,减小功放损耗的结论。     

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     

磁悬浮飞轮技术及其应用研究

针对目前卫星上使用的滚珠轴承动量飞轮的不足,概要介绍了磁悬浮飞轮的优点及其分类。首先综述了应用于卫星姿态控制执行机构的磁悬浮飞轮的发展历史与研究现状,重点分析了磁悬浮飞轮的主要关键技术。其次阐述了两轴主动控制型磁悬浮飞轮应用于卫星姿态控制的适应性,较为全面的介绍了我们在磁悬浮飞轮技术研究上的工作与进展。最后展望了磁悬浮飞轮技术未来应用的发展方向,针对我国空间技术发展的实际需求提出了目前应重点研究的方向。     

利用能量/动量飞轮的偏置动量姿态控制系统

研究偏置动量姿态控制系统中的集成能量与姿态控制问题。利用一对正 反转飞轮提供偏置角动量并同时储 /放能以满足星载设备的能源需求。滚动 /偏航运动由俯仰轴磁矩控制。设计了力矩形式的飞轮的控制律 ,使之提供期望的俯仰控制力矩 ,并以给定的功率储 /放能。保持两只飞轮正 反转可以完全避免飞轮控制律中的系统奇异。提出了利用动能反馈的飞轮储能功率规划方案 ,以使系统维持能量平衡 ,避免由于能量过剩引起的飞轮饱和。飞轮的最小转动惯量受最大偏置角动量和最小能量的限制 ,结合几何方法对这种限制条件进行了分析。数值仿真结果证明了控制方案的有效性。     

基于复合控制的磁悬浮CMG动框架效应抑制

针对磁悬浮控制力矩陀螺（MSCMG）动框架效应导致转子悬浮精度和稳定性降低的问题,提出一种角加速率自适应前馈控制与自抗扰控制（ADRC）相结合的复合控制方法。建立了MSCMG转子动力学模型,分析了框架转动情况下的磁轴承扰动力矩,设计了角加速率自适应算法和线性扩张状态观测器,并结合状态反馈控制设计了复合控制器,同时对磁轴承控制系统进行了稳定性分析,仿真结果验证了所提复合控制方法的有效性。利用研制的样机搭建实验平台进行验证,结果表明:所提方法与传统PID控制方法相比,磁悬浮转子收敛后的位移峰峰值降低了39.6%,提高了磁悬浮系统的抗干扰能力。