小卫星用飞轮电机的设计与控制

《小卫星用飞轮电机的设计与控制》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要作为卫星飞轮驱动电机，无刷直流电动机具有显著的优点，特别是电枢无铁芯的外转子结构无刷直流电动机，其效率高、线性度好、结构灵活、有效载荷高、可控性强。本文以小卫星飞轮用无刷直流电机的研制为背景，对电机的系统设计、特性仿真、控制特点、损耗发热和绕组温升等问题进行了研究。在电机的系统设计中，针对主动航天器姿态控制常用的飞轮控制姿态方案，给出了飞轮系统的技术要求，介绍了飞轮电机结构的设计特点，用有限元法对电机的磁场、瞬态特性进行了仿真，进行了电磁设计与分析，给出了电机的设计方案，实验

2、结果表明了计算的正确性。对飞轮电机的控制特点进行了分析，并比较了反接制动和能耗制动特点，对电机的控制系统进行了仿真，根据仿真分析设计的PI控制器能有效地控制电机电流，从而实现对电机的转矩进行伺服控制的目的。分析了转矩控制方式下电机的功率、能量平衡关系。给出了电机控制器的具体结构，控制器能够对电机进行转矩控制。在分析计算电机损耗的基础上，用热路法和有限元法计算了电机绕组的温升，实验验证了计算结果的正确性，同时验证了所设计的电机在最大功耗情况的温升不超过允许限值。关键词飞轮电机;无刷直流电动机;力矩伺服控制;绕组

3、温升;小卫星:哈尔滨T业大学T学硕I-学位论文AbstractAsthesatellitefly-wheeldrivingmotor,BLDCMhasmanyadvantages,especiallythethreephasebrushless,ironlessarmaturemotor.Themotorhashighefficiency,linearcurrenttorquecharacteristic,structureflexibility,highpowermassrateandgoodcontrol

4、characteristic.Thesystemdesignmethod,characteristicsimulation,specialcontrolproblem,powerlossandwindingtemperatureriseoftheBLDCMtodrivefly-wheelformicrosatellitewerestudied.Basedonthemicrosatellitefly-wheelactiveattitudecontrolfeatureanalysis,todesignamotor

5、systemforfly-wheel,thesystemrequirementswereanalysedinthethesis.Themotorstructuredesignfeaturewasintroduced.Togetthemotorelectromagneticparameters,steadyandtransient2DmagneticfieldwerecalculatedbyFEM.Experimentsindicatedthatthedesignresultsatisfiedthesystem

6、requirement.Thecontrolfeatureofhighinertiafly-wheelmotorwasstudiedinthethesis.Powerconsumptionbrakingmodecontrolandreverseconnectionbrakingmodecontrolwerecompared.Themotorcontrolsystemwassimulated.APIregulatorwasdesignedaccordingtothesimulateresult,whichcan

7、controlthemotortorqueeffectively.Thepowerandenergybalancewasalsostudied.Thedetailcontrolsystemblockdiagramwaspresented.Experimentsindicatedthatthecontrollercouldwellcontrolthemotortorque.Basedonthepowerlosscalculation,thewinding-temperaturerisewascalculated

8、bythermalcircuitmethodandFEM.Testedresultsindicatedthatthetwomethodscouldwellestimatethewinding-temperaturerise.ltwascertifiedthatthedesignedmotorcouldoperatesafelyatthemaximumpoweroutputKeywordsfly-wh