磁悬浮飞轮自动锁紧装置的研制

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磁悬浮技术是一种利用电磁力将物体无机械接触式悬浮起来的技术,这是一门涉及到多种学科的综合性技术。现在,国内外卫星姿态控制一般都是通过控制飞轮的角动量变化来实现的。采用磁悬浮轴承的飞轮系统,具有无摩擦力矩、无需润滑和超高速运转等特点,而大量应用于卫星当中。在卫星发射过程中,磁悬浮飞轮的锁紧技术是一项关键性技术。由于磁悬浮飞轮系统在发射阶段需要固定飞轮(包括转子)以保护飞轮不受损坏,在轨道运行阶段则需要释放使飞轮浮起。虽然磁轴承的永磁静态承载力有能力在发射阶段支撑转子,但是许多商业应用的磁悬浮飞轮都采用了额外的锁紧装置,即在发射阶段通过锁紧机构向飞轮施加锁紧力,将飞轮固定在轴承的锥形衬套上,而在轨道运行阶段则需要释放锁紧力,使飞轮处在自由状态以便悬浮。在本次系统设计中,首先进行了系统运动机构的设计,其中包括动力源部件、传动部件、执行部件以及支撑部件,由此可以得到系统机构的整体方案。在系统机构锁紧方案设计中,列举了几种系统机构的锁紧方案,通过对它们之间地分析比较,最终选定了一个性能最佳的系统机构方案。其次,进行了运动控制系统的设计。为了能够有效的控制系统机构的运行,本次运动控制系统将采用闭环控制的方式,这样可以确保系统机构能够在安全行程内运行,保证其可靠性和安全性。显然,为了实现系统的自动锁紧及释放,可以采用以单片机为核心的集成电路进行控制,同时可以利用串行通信模块实现单片机与主控计算机之间的通信,达到远程控制的目的。完成以上系统机构及其运动控制的设计之后,将进行系统机构的运行实验,这样不仅可以较好的控制系统机构锁紧力的大小,而且可以对整个系统进行整合优化,使其性能达到最优化的水准。在本文的最后,对整个系统的研制开发进行了总结,并对下一步工作进行了展望。
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