發(fā)布時間：2020-08-10 08:27

【摘要】：控制力矩陀螺是一種航天器姿態(tài)執(zhí)行機構,主要用于航天器姿態(tài)控制和快速機動任務�？刂屏赝勇堇昧胤糯笮�,具有力矩放大倍數高、輸出力矩連續(xù)等優(yōu)點�？刂屏赝勇葜饕蓜恿枯喓涂蚣芙M成。動量輪系統(tǒng)性能的優(yōu)劣直接影響到控制力矩陀螺性能的好壞。本文設計了一種尺寸小、重量輕、運用于控制力矩陀螺的動量輪系統(tǒng),使得控制力矩陀螺能工作在微納衛(wèi)星等小尺寸航天器上。動量輪系統(tǒng)主要由動量輪的機械結構和直流無刷電機驅動控制系統(tǒng)兩部分組成。動量輪的機械結構設計包括電機、高速飛輪以及附屬支撐連接機構的設計。根據支撐方式的區(qū)別,提出了懸臂式結構和框架式結構兩種總體結構。選用直流無刷電機作為驅動高速飛輪的電機,根據相關技術指標估算出電樞尺寸和其他電機尺寸參數,并設計了與電機相匹配的兩種高速飛輪。建立了動量輪的轉子動力學模型,對動量輪的特性做了相關研究。直流無刷電機驅動控制系統(tǒng)設計分為硬件設計和軟件設計。對直流無刷電機的工作原理進行研究,著重研究了電機換相和起動的過程,并建立了直流無刷電機的數學模型,為直流無刷電機驅動控制系統(tǒng)設計提供理論基礎。以數字信號處理器為主控芯片,設計了驅動控制電路,并編寫了與硬件電路相匹配的驅動控制程序。研究了動量輪系統(tǒng)的工作性能。首先測試了動量輪系統(tǒng)的開環(huán)輸出性能。隨后設計了離散PID控制器研究了動量輪系統(tǒng)的轉速控制特性。實驗結果顯示,在工作轉速內,相對誤差能夠控制在±0.25%之間,取得了良好的控制效果。最后,采用系統(tǒng)辨識的方法辨識出直流無刷電機的占空比-轉速傳遞函數,基于靈敏度函數塑形模板設計了匹配傳遞函數的數字內模控制器。仿真結果表明1Hz的擾動信號在該控制器作用下衰減了-25dB。實驗結果顯示,在工作轉速內,該控制器的相對誤差小于0.20%。
【學位授予單位】：南京航空航天大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：V448.22
【圖文】：

1.2 國內外研究現狀1.2.1 控制力矩陀螺介紹以及發(fā)展現狀標準的 SGCMG 結構如圖 1.1 所示，由飛輪轉子、轉子電機、框架、框架電機以及附屬的連接機構組成。飛輪以角速度 Ω 勻速轉動，提供角動量 H，框架電機帶動框架以角速度 ω勻速轉動，框架軸線與飛輪軸線始終正交，由力矩放大效應產生的輸出力矩表達式為[25]：T ω L ω J Ω (1.1)飛輪轉子電機框架框架電機Ωω圖 1.1 SGCMG 結構示意圖

1.2 國內外研究現狀1.2.1 控制力矩陀螺介紹以及發(fā)展現狀標準的 SGCMG 結構如圖 1.1 所示，由飛輪轉子、轉子電機、框架、框架電機以及附屬的連接機構組成。飛輪以角速度 Ω 勻速轉動，提供角動量 H，框架電機帶動框架以角速度 ω勻速轉動，框架軸線與飛輪軸線始終正交，由力矩放大效應產生的輸出力矩表達式為[25]：T ω L ω J Ω (1.1)飛輪轉子電機框架框架電機Ωω圖 1.1 SGCMG 結構示意圖

圖 1.4 “天宮一號”所用控制力矩陀螺第九個五年計劃提出展開控制力矩陀螺的研制，院所以及北京航空航天大學等高校中展開。我國于了 4 個最大輸出力矩 200N·m 的 SGCMG，如圖作于國外相比，在理論與應用方面仍然有較大差泛應用于各國的中大型航天器，但是微納衛(wèi)星則缺態(tài)調節(jié)能力。需要將控制力矩陀螺小型化、輕量化現狀高速轉子系統(tǒng)是控制力矩陀螺的重要組成部分。從動量，可以使得控制力矩陀螺的輸出更加穩(wěn)定。介紹用于控制力矩陀螺的高速轉子的文章較少，介的文章則很多。慣性動量輪的結構與控制力矩陀

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本文編號：2787831