面向控制力矩陀螺框架的諧振式壓電驅(qū)動器的研究.pdf

1、隨著航天航空事業(yè)的飛速發(fā)展，人們對航天器在太空環(huán)境中姿態(tài)調(diào)節(jié)的要求也越來越高。在航天器的姿態(tài)控制系統(tǒng)中一般采用控制力矩陀螺(簡稱CMG)作為主要的執(zhí)行機(jī)構(gòu)?，F(xiàn)階段由于我國航天器種類和數(shù)量的持續(xù)高速增長，需要這種執(zhí)行機(jī)構(gòu)的可靠性等方面性能達(dá)到較高要求。航天器上的控制力矩陀螺普遍采用傳統(tǒng)的電磁電機(jī)加減速器結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)驅(qū)動，這種驅(qū)動方式具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、重量大、精度低等不足；此外，在極低溫度或者宇宙射線的作用下，這種驅(qū)動機(jī)構(gòu)的部件經(jīng)常會失效。因此，

2、現(xiàn)階段亟需發(fā)展新的驅(qū)動方式來克服上述瓶頸問題。
　　目前，壓電驅(qū)動器作為一種新型的驅(qū)動元件，具有低速大力矩輸出、無電磁干擾、較高的功率密度、響應(yīng)速度快、耐低溫性能好、斷電自動實現(xiàn)鎖定、無需潤滑和構(gòu)型靈活等突出優(yōu)點，可以嘗試應(yīng)用于控制力矩陀螺的驅(qū)動系統(tǒng)中。根據(jù)以上原因，本文研究了一種針對小型衛(wèi)星控制力矩陀螺框架的諧振式壓電驅(qū)動器，與現(xiàn)有的一些控制力矩陀螺框架驅(qū)動結(jié)構(gòu)相比，其構(gòu)型更加緊湊，減少了框架的整體尺寸和重量，同時它還具備壓電驅(qū)

3、動機(jī)構(gòu)的各項突出優(yōu)點。
　　本文首先初步設(shè)計了一種控制力矩陀螺框架結(jié)構(gòu)，并對其簡要作了分析，指出其核心元件為一種兩端驅(qū)動方向相反的壓電驅(qū)動器。根據(jù)壓電驅(qū)動器所需實現(xiàn)的這種功能，規(guī)劃出其基本構(gòu)型，并完成致動原理分析，從理論上證明其可行性；針對所提出的新構(gòu)型，通過模態(tài)分析和靈敏度分析進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計和最終尺寸參數(shù)的確定；通過瞬態(tài)分析研究其驅(qū)動足表面質(zhì)點的運(yùn)動軌跡和位移參數(shù)。在此基礎(chǔ)上，研制了壓電驅(qū)動器的最終物理樣機(jī)，根據(jù)阻抗分析結(jié)果完