超声电机在磁悬浮飞轮锁紧装置中的应用研究

摘要

随着航天器姿态控制系统的发展，磁悬浮飞轮以其优越的控制精度和长寿命脱颖而出，得到了越来越多的应用。在航天器发射段飞轮系统要承受高加速度的振动和冲击；航天器在轨运行段，需要使飞轮转子处于自由状态便于悬浮；磁悬浮飞轮系统定、转子之间存在间隙，不是刚性联接，因而必须设置锁紧装置保护飞轮系统。锁紧装置是磁悬浮飞轮系统的关键部件之一。目前，基于火工品和电磁电机的锁紧装置存在着体积大、重量大和结构复杂等缺点；同时也不能满足磁悬浮飞轮的进一步小型化的要求。超声电机具有低转速大转矩、转矩密度大的特点，被认为是理想的动力源。本课题创新性地利用超声电机作为锁紧装置的动力源，驱动锁紧机构完成锁紧和解锁功能，实现保护飞轮的目的；并开展相关试验研究。本文主要内容如下：
　　1.介绍了磁悬浮飞轮系统概念，综述了磁悬浮飞轮锁紧装置研究现状，对超声电机特点、分类和应用研究做了概述。
　　2.提出了超声电机驱动的锁紧装置设计方案，选定了超声电机类型和型号；根据航天领域的应用要求，对选定的超声电机进行了改进和优化设计。
　　3.设计了用于锁紧装置的超声电机的驱动控制系统，实现了对锁紧装置锁紧和解锁的自动控制。
　　4.开展了试验研究。针对超声电机关键性能指标，如定子模态、电气性能和温升特性开展了试验研究；为评估基于超声电机的锁紧装置，开展了锁紧装置振动环境测试和锁紧效果测试。试验表明，基于超声电机的锁紧装置能有效完成锁紧和解锁任务，实现保护飞轮系统的目的。

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第一章 绪论

1.1 引言

1.2 磁悬浮飞轮锁紧装置

1.3 超声电机概述

1.4 课题研究的意义及内容安排

第二章 锁紧装置的设计及超声电机改进设计

2.1 锁紧装置的设计

2.2 超声电机的选定

2.3 超声电机的改进设计

2.4 本章小结

第三章 驱动控制系统设计

3.1 驱动控制系统总体设计方案

3.2 控制电路设计

3.3 超声电机驱动电路设计

3.4 系统软件设计

3.5 电源设计

3.6 本章小结

第四章 试验研究

4.1 超声电机关键部件性能测试

4.2 超声电机电气性能测试

4.3 超声电机温升特性测试

4.4 锁紧装置振动环境试验

4.5 锁紧装置锁紧效果测试

4.6 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 全文总结

5.2 研究展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文