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随着我国空间技术的发展,对卫星姿态控制精度提出了越来越高的要求。飞轮是卫星姿态控制系统的关键执行元件,提高飞轮控制系统的性能对卫星姿态控制系统具有重要意义。本论文以武器装备预研项目“微卫星姿态控制飞轮轻量化技术”为背景,研究飞轮的驱动与控制技术。主要研究内容如下:
1.分析了飞轮全桥和半桥两种驱动方式各自的原理和优缺点。在此基础之上分析了全桥驱动方式中六种PWM调制方式,最后针对全桥PAM方式驱动电路,深入分析了飞轮电机换相转矩脉动和非换相转矩脉动产生的原因和大小,并且提出了抑制方法。
2.介绍了飞轮控制卫星姿态的原理,建立了飞轮动力学模型,同时推导了飞轮力矩和速度两种控制方式的传递函数。深入分析了干扰力矩产生的原因和对飞轮控制精度的影响。最后对飞轮力矩和速度两种控制方式进行了比较。
3.设计和实现了飞轮驱动控制系统的硬件实现,其中包括:飞轮驱动电路单元、Buck电压变换单元、飞轮转速测量单元、飞轮换相单元、电流检测单元、飞轮制动单元和飞轮模拟控制器单元等等。
4.把设计的飞轮驱动控制板用于飞轮控制实验,实验表明设计的飞轮驱动控制板能够精确的控制飞轮的转速,具有控制精度高、超调量小、响应速度快的优点。
5.为了能够实现飞轮驱动控制系统高精度的控制飞轮和可靠的工作,分析了飞轮驱动控制电路中干扰的来源和具体抑制措施。