飛輪儲能用于小衛(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完成能量儲存與姿態(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。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)臺姿態(tài)。
　　 對單軸飛輪能量/姿態(tài)控制進行了解耦,設(shè)計了姿態(tài)控制器和DC總線控制器,建立了系統(tǒng)的計算機仿真模型。利用Matlab軟件下的Simulink對其進行了仿真研究,仿真結(jié)果表明可以利用兩飛輪集成儲能和單軸轉(zhuǎn)臺姿態(tài)控

3、制,即:系統(tǒng)在充電模式下,對飛輪儲能的同時能實現(xiàn)轉(zhuǎn)臺姿態(tài)的控制;系統(tǒng)在放電模式下,完成DC總線電壓調(diào)節(jié)的同時能夠?qū)崿F(xiàn)轉(zhuǎn)臺姿態(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對轉(zhuǎn)臺姿態(tài)和DC總線電壓在單位階躍輸入信號和單位斜坡輸入信號作用下的誤差進行了仿真分析,通過仿真結(jié)果發(fā)現(xiàn)了提高系統(tǒng)控制精度的方法。
　　 通過實驗和仿真結(jié)果分析了系統(tǒng)存在的不足之處,提出了改進的方法。本文認為磁軸承的應(yīng)用和高速電動,發(fā)電機

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/發(fā)電機組成的新系統(tǒng)的計算機仿真模型,對系統(tǒng)在充、放電模式下轉(zhuǎn)臺狀態(tài)和DC總線電壓的單位階躍響應(yīng)進行了仿真,仿真結(jié)果表明系統(tǒng)的動態(tài)特性得到了提高。同時對系統(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)臺姿態(tài)、DC總線電壓和飛輪轉(zhuǎn)速等的變化情況也進行了仿真分析。
　　 本文討論的單軸飛輪儲能/姿態(tài)組合控制系統(tǒng)是一種復(fù)雜的機電系統(tǒng),同時也是一個比較新的研究方向