卫星飞轮轴承的多目标正交优化设计

考虑到本例所选用的卫星飞轮轴承为角接触球轴承，其工作转速不高，因此，采用套圈控制理论可大大简化受力分析的方程组。建立了寿命、摩擦力矩、额定静载荷计算的数学模型及约束条件、多目标模型，对三个目标函数（最小摩擦力矩、最大设计寿命和最大额定静载荷容量）用正交优化方法进行设计并作方差分析。

用于卫星飞轮的磁悬浮驱动技术研究与展望

随着我国卫星技术的发展 ,进一步提高卫星的可靠性和效率成为卫星技术发展的重要课题。其中有效负载和作为控制卫星姿态的动力的动量轮 /反作用飞轮是问题关键。在储能不变的前提下 ,飞轮应高速运行 ,以减少其重量和体积。因此飞轮的关键技术是轴承。文中就用于卫星飞轮的磁悬浮驱动技术的两种方案 ,即使用传统电机加磁悬浮轴承的方案以及使用无轴承电机的方案 ,详细介绍了国际上的研究现状及趋势 ,对比了两种技术 ,指出在未来的空间应用中 ,由于无轴承电机有着尺寸小、效率高的优点 ,因而更具有竞争力。

基于CAN总线在卫星飞轮系统中通讯的设计

以CAN总线,设计了卫星飞轮系统中的一种新型的通讯方式,构成DSP与FPGA间的数据交换通道.其采用短帧结构,使传输时间短,受干扰率低,实时可靠地实现DSP对伺服电机的控制.

卫星飞轮用稀土永磁电机的方波-正弦波复合驱动

介绍了卫星飞轮用稀土永磁电机的正弦波和方波两种驱动的工作原理及其控制特点。在此基础上,建立了方波/正弦波复合驱动模型,并以滑模变结构控制(VSS)技术实现高速段的方波驱动、低速段的正弦波驱动切换。仿真和实物试验结果表明,复合驱动稀土永磁电机的变结构控制切换平稳,设计可行。

传感器在卫星飞轮中的应用与发展

分析了传感器作为卫星飞轮关键部件的作用和对飞轮整体电性能的影响。介绍了飞轮中传感器的常用类型和工作原理,以及相应的应用情况和典型产品的性能。

基于集员估计的卫星飞轮故障检测与预测方法

为了对卫星飞轮故障进行提前预警,提出了一种基于集员估计的故障检测和预测方法。首先,基于飞轮的动态模型设计了一种基于中心对称多面体的故障检测方法。在检测出飞轮故障后,选取飞轮的电流数据作为故障特征,并采用线性模型或非线性模型来描述其退化规律。然后,提出了一种基于中心对称多面体的集员算法,对退化模型中的未知参数进行估计,并以此为基础预测未来时刻的故障,进而实现对飞轮故障的提前预警。最后,通过数值仿真,将所提出的方法和两种现有的故障预测技术进行了对比。仿真结果表明了所提方法的有效性和优越性。

卫星储能/姿控飞轮系统储能密度的优化分析

卫星在工作过程中需要不断调整飞行姿势,并在阴影区利用自身能量提供工作能源,储能/姿控卫星飞轮储能系统可以较好的完成这一使命。本文依据旋转体运动的基本规律,通过动能转换得到飞轮转子储能密度的一般表达形式,以此作为储能密度优化的基础,建立优化分析的理论模型,选用复合形法编制优化程序,得到储能/姿控卫星飞轮储能密度优化问题的一般分析方法,具有普遍的理论意义。

一种卫星反作用飞轮延寿方法

针对反作用飞轮长时间工作出现的性能退化问题,提出一种反作用飞轮和磁力矩器联合控制使反作用飞轮延寿的方法。通过滚动轴在姿态机动模式下采用比例积分微分(PID)轮控,而在正常稳态模式下使用比例微分(PD)磁控,实现在不降低姿态控制精度的前提下减少反作用飞轮工作时间,从而延长其工作寿命的目标。对联合控制姿态的延寿方法进行仿真分析,验证滚动轴稳态磁控算法、磁控接入及退出条件的正确性。以某低轨卫星为例进行在轨验证,遥测数据显示:卫星正常运行2年多,滚动轴姿态超差最大约2.6°,且绝大部分时间均小于1°,卫星稳态情况下没有自主切换回PID轮控方式,飞轮因长期轴承摩擦引起的电流、温度增大趋势得到有效缓解,飞轮在轨寿命得到延长。

卫星姿控用无铁心永磁无刷飞轮电机综述

取消了定子铁心的外转子永磁无刷直流飞轮电机,以其高效性、轻量化、转矩密度大、寿命长和无污染等优点被广泛应用于微小卫星姿态控制系统。依据磁场的形成原理对定子无铁心永磁无刷直流飞轮电机进行了分类,主要包括径向磁场型和轴向磁场型。阐述了不同结构拓扑下定子无铁心永磁无刷直流电机的特征和关键技术,包括定子绕组、转子和永磁体、磁悬浮轴承技术、损耗与振动等。报告了定子无铁心永磁无刷直流飞轮电机的研究进展,总结了定子无铁心永磁无刷直流飞轮电机的效率、转矩等特性,讨论了该类无铁心永磁无刷直流飞轮电机的研究方向和发展趋势。

基于超声电机的力矩补偿装置控制方法研究

为补偿卫星载荷运动产生的干扰力矩,设计了一种基于超声电机的力矩补偿机构。基于传统控制策略的比例、积分、微分(PID)闭环负反馈控制系统调速效果难以令人满意,在这种情况下建立了系统的数学模型,设计了基于模糊PI控制的闭环调速控制系统,并与传统的PI控制进行了对比。根据干扰力矩的给定形式,设计了飞轮运行的正弦速度给定曲线,仿真结果表明,该方法能够有效补偿载荷干扰力矩。此外,设计了以数字信号处理器(DSP)芯片为核心的硬件驱动控制电路,并进行了实验验证。结果表明,该算法比传统的PI控制效果更好,速度曲线跟踪精度明显提升。