飛輪儲(chǔ)能用于小衛(wèi)星的能量姿態(tài)組合控制研究.pdf

1、論文從發(fā)展現(xiàn)代小衛(wèi)星、微小衛(wèi)星的要求出發(fā),引出了利用動(dòng)量飛輪組成的能量/姿態(tài)組合控制系統(tǒng)來取代衛(wèi)星原有的儲(chǔ)蓄電池和飛輪姿態(tài)控制系統(tǒng)組成的系統(tǒng),從而提高衛(wèi)星的使用壽命、減輕衛(wèi)星的質(zhì)量、減小了衛(wèi)星的發(fā)射成本。
　　 本文系統(tǒng)論述了利用飛輪同時(shí)完成能量儲(chǔ)存與姿態(tài)控制方案的可行性、研究意義、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)。綜述了飛輪能量/姿態(tài)控制系統(tǒng)的基本概念和工作原理,推出了能量與姿態(tài)同時(shí)可控的充要條件,以及三種基本的飛輪能量/姿態(tài)控制系統(tǒng)

2、的配置方案。
　　 建立了由兩個(gè)反轉(zhuǎn)飛輪組成的單軸飛輪能量/姿態(tài)組合控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型,根據(jù)控制精度的要求改進(jìn)了飛輪轉(zhuǎn)速檢測電路;在兩飛輪放電過程中,試制了可控恒流源電路來控制飛輪的放電速度及調(diào)節(jié)氣浮轉(zhuǎn)臺(tái)姿態(tài)。
　　 對(duì)單軸飛輪能量/姿態(tài)控制進(jìn)行了解耦,設(shè)計(jì)了姿態(tài)控制器和DC總線控制器,建立了系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)仿真模型。利用Matlab軟件下的Simulink對(duì)其進(jìn)行了仿真研究,仿真結(jié)果表明可以利用兩飛輪集成儲(chǔ)能和單軸轉(zhuǎn)臺(tái)姿態(tài)控

3、制,即:系統(tǒng)在充電模式下,對(duì)飛輪儲(chǔ)能的同時(shí)能實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)臺(tái)姿態(tài)的控制;系統(tǒng)在放電模式下,完成DC總線電壓調(diào)節(jié)的同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)轉(zhuǎn)臺(tái)姿態(tài)的控制。在系統(tǒng)仿真模型的基礎(chǔ)上,在充、放電模式下,利用Simulink對(duì)轉(zhuǎn)臺(tái)姿態(tài)和DC總線電壓在單位階躍輸入信號(hào)和單位斜坡輸入信號(hào)作用下的誤差進(jìn)行了仿真分析,通過仿真結(jié)果發(fā)現(xiàn)了提高系統(tǒng)控制精度的方法。
　　 通過實(shí)驗(yàn)和仿真結(jié)果分析了系統(tǒng)存在的不足之處,提出了改進(jìn)的方法。本文認(rèn)為磁軸承的應(yīng)用和高速電動(dòng),發(fā)電機(jī)

4、的研制是提高系統(tǒng)性能的關(guān)鍵技術(shù),并建立了基于磁軸承支撐的永磁同步電動(dòng)/發(fā)電機(jī)組成的新系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)仿真模型,對(duì)系統(tǒng)在充、放電模式下轉(zhuǎn)臺(tái)狀態(tài)和DC總線電壓的單位階躍響應(yīng)進(jìn)行了仿真,仿真結(jié)果表明系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性得到了提高。同時(shí)對(duì)系統(tǒng)在充放電模式的轉(zhuǎn)換、電載荷變化和干擾轉(zhuǎn)矩作用下的轉(zhuǎn)臺(tái)姿態(tài)、DC總線電壓和飛輪轉(zhuǎn)速等的變化情況也進(jìn)行了仿真分析。
　　 本文討論的單軸飛輪儲(chǔ)能/姿態(tài)組合控制系統(tǒng)是一種復(fù)雜的機(jī)電系統(tǒng),同時(shí)也是一個(gè)比較新的研究方向