磁悬浮控制敏感陀螺转子前馈解耦内模控制

磁悬浮控制敏感陀螺以洛伦兹力磁轴承（LFMB）为力矩器驱动转子偏转。针对磁悬浮控制敏感陀螺转子径向转动自由度间存在耦合的问题以及转子偏转高精度快响应要求,提出一种前馈解耦内模控制方法。根据洛伦兹力磁轴承的工作原理建立了转子偏转动力学模型,并设计了前馈解耦矩阵实现转子径向偏转解耦,在此基础上,采用二自由度内模控制器（2-DOF IMC）对转子进行高精度快响应偏转控制。MATLAB仿真结果表明所提出的控制方法可有效实现对陀螺转子偏转的完全解耦,且转子偏转响应时间较交叉PID算法减少57.1%,受0.1sin（2πt）°正弦信号扰动影响产生的偏转波动幅值较交叉PID算法减少76%。      

飞轮轴承润滑最佳油量的估算方法及实验验证

卫星姿控飞轮通常采用一对精密油润滑角接触球轴承进行旋转支撑.由于飞轮长寿命、高可靠、高精度要求和独特的空间环境,轴承采用微量油润滑.润滑油过多和不足都将导致飞轮轴承摩擦力矩增大和寿命降低,因此存在轴承润滑最佳油量.基于弹流润滑理论,提出了飞轮轴承润滑最佳油量的理论计算方法,并通过球-盘摩擦副进行实验验证.实验结果验证了飞轮轴承润滑最佳油量理论计算方法的有效性.     

小波降噪与快速包络谱峭度相结合的轴承组件故障诊断技术

作为飞轮重要的旋转支撑部件,轴承组件的性能对飞轮寿命有着重大影响,因此如何在早期对轴承组件进行筛选显得尤为重要。轴承组件在故障初期,其故障特征比较微弱,故障信号很容易淹没在背景噪声信号中,给轴承组件的早期故障判断和定位带来了很大的困难。本文以飞轮常用轴承组件为研究对象,基于快速包络谱峭度的振动测试方法,先通过对采集的轴承组件振动信号进行小波降噪,提高特征信号的信噪比,然后对振动信号进行全频段的峭度分析,可以对轴承组件进行早期的故障诊断并进行故障定位,得到轴承组件故障频率,为后续轴承组件故障诊断研究提供方法手段。     

飞轮储能用磁悬浮开关磁阻电机多目标优化设计

研究了一种基于遗传粒子群综合算法(GPSOA)的飞轮储能(FES)用的单绕组磁悬浮开关磁阻电机(SWBSRM)多目标优化设计方案。结合有限元分析(FEA),通过敏感性分析得到SWBSRM悬浮力与效率随主要尺寸参数变化的一般规律。在此基础上,利用GPSOA以悬浮力和效率为目标函数对SWBSRM进行了全局寻优,获得使悬浮力最大和效率最高的参数优化组合。利用FEA对比优化前后电机悬浮力、铁损及磁密的大小,验证了GPSOA多目标优化的有效性。     

空间电磁悬浮线圈参数与悬浮力

以中国空间无容器材料实验装置为应用背景, 重点探讨了电磁悬浮线圈结构参数对线圈内部空间的感生磁场分布情况及电磁悬浮力的影响规律, 研究了悬浮力场分布与匝数、初匝线圈半径、锥角、线圈间距、螺距等结构参数之间的关系, 并通过实验验证了计算的正确性. 为空间电磁悬浮线圈的设计提供了理论参考依据.      

飞轮焊接温度场数值模拟研究

密封焊接是飞轮装配的关键工序,为了保证密封焊接的质量,需要确定焊接过程中飞轮的温度场分布情况.对某类型飞轮的焊接温度场进行了数值模拟,并将计算结果与试验测试数据进行对比和分析,结果表明：数值模拟与测试结果相吻合,有限元分析模型反映了飞轮在密封焊接过程中的温度场分布情况.     

轮控欠驱动航天器的姿态控制特性

针对由飞轮控制的欠驱动航天器,研究了直接以飞轮转速为控制输入时航天器姿态的小时间局部可控性与可镇定性。首先,视飞轮转速为输入,将航天器与飞轮总角动量守恒的约束直接纳入系统动力学方程中。然后,利用非线性系统的可控性与可镇定性理论分析该系统方程在分别带有一个和两个飞轮时的控制特性。结果表明,仅在带有两个非共轴的飞轮时航天器的姿态才有可能满足局部可控;同时,系统已经不能被时不变光滑状态反馈渐近镇定,但至少可以被分段连续的状态反馈渐近镇定。据此,设计了基于四元数的非光滑控制器使得航天器的姿态迅速镇定,同时飞轮转速不超过最大转速,既验证了理论分析结果的正确性,又具有一定的实用意义。     

磁悬浮轴承用位移传感器测量误差

针对磁悬浮轴承用位移传感器,通过Matlab编程仿真,分析了位移传感器的类型、安装方式以及安装位置对传感嚣测量误差的影响.研究结果表明:无论选择什么类型的位移传感嚣,只要传感器形成的检测平面与电磁铁形成的控制平面轴向存在偏差,都将引入测量误差,但传感嚣外置产生的测量误差要小于传感器内置产生的测量误差;电涡流、光电和激光传感器采用差动安装时,可消除传感嚣的测量误差,能真实反映转子的位移量,但电感式传感器由于结构方面的原因,即使采用差动安装还会引入测量误差;位移传感嚣的安装精度也将影响到传感器的测量误差.研究结果为更合理地选用和安装磁悬浮轴承用位移传感器,提高主动磁悬浮轴承的性能提供了理论依据.     

采用MSCMG群的卫星平台敏捷机动控制地面闭环试验验证

针对新型惯性执行机构磁悬浮控制力矩陀螺(Magnetically suspended control moment gyro, MSCMG),基于金字塔构型开展卫星平台敏捷机动控制地面闭环试验研究,以验证MSCMG的姿态控制性能。首先基于MSCMG搭建卫星平台控制地面试验系统,建立数学模型;接着针对气浮台外界扰动抑制及大角度敏捷机动控制问题,基于变参数滑模控制设计姿态控制算法,采用鲁棒伪逆方法进行MSCMG群框架角速度分配;并针对MSCMG的特性对框架角速度和角加速度进行了限幅,开展闭环控制试验研究。试验结果表明,采用MSCMG进行气浮台姿态稳定控制实验,可以实现姿态稳定度优于5×10^-4(°)/s,且在实现30°/15 s的机动指标时,MSCMG框架角速度具有良好的跟踪性能,且磁悬浮转子在输出大力矩时仍然保持稳定悬浮,具有较强的鲁棒性。通过地面闭环试验验证了MSCMG作为姿控执行机构的优异性能,为其未来进一步应用研究奠定基础。