微型反作用飞轮技术.pdf

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1、上海AEROSPACE航天SHANGHAI第30卷2013年第4期文章编号:1006一1630(z013)04一0090—06微型反作用飞轮技术姜宁翔,许辰,孙丹,刘胜忠(上海航天控制技术研究所,上海200233)摘要:针对微小卫星姿控系统对微型飞轮的需求,设计了一种微小型、长寿命的飞轮。给出了微型飞轮的总体组成。控制电路采用数字量控制一体化设计,电机转子和轮体一体化设计,控制软件实现对飞轮两种工作模式四种工作状态的控制。介绍了轴承组件的润滑系统、预栽荷设计和寿命预测,电机组成及特性、定子和转子,控制电路的微控制单元、电动驱动单元、电机电流采样反馈单元、飞轮温度采样处理单元、RS485通信接

2、口电路及其电路元器件选用,飞轮控制软件需求、任务流程和运行模式等关键技术。地面和环境模拟试验考核表明:微型飞轮设计正确,各项性能指标满足微小卫星姿控系统要求。关键词:微小卫星;反作用飞轮;直流电机;控制电路中图分类号:V448.222文献标志码:AMiniaturizationReactiOnFlywheelTechnOIogy儿ANGNing—xiang,XUChen,SUNDan,LIUSheng—zhong(ShanghaiInstituteofSpaceflightControlTechnology.Shanghai200233,China)Abstr神t:Tomeettherequ

3、irementofminlaturizationflywheelforsmallsatelliteapplication,aminiaturizationflywheelwithlonglifewasdevelopedinthispaper.TheoveraUcompositionoftheflywheelwasgivenout.Therotorandshellwereintegrateddesigned.Thetwofunctionsandfourstatesoftheflywheelwerecontrolledbythecontrolsoftware.Thekeytechnologies

4、werepresented,whichwerethelubricationsystem,preloadandlifeestimationofthebearingcomponent,andthecomposition,characte“stic,statorandrotorofthemotor,andmicrocontrolunit,electricdriveunit,motorcurrentsamplingandfeedbackunit,flywheeltemperaturesamplingandtreatingunit,RS485communicationinterfaceandcompo

5、nentsselection,andtherequirement,flowchartandcirculatemodeoftheflywheclcontrolsoftware.Thetestresultsofthegroundandenvironmentsimulationshowedthatthedesignoftheflywheelwascorrect,whichperformancemettherequirementsoftheattitudecontrolforsmaIlsatellite.Keywords:Sma¨satellite;Reactionflywheel;Directcu

6、rrentmotor;Controlcircuit0引言飞轮产品主要用于航天飞行器控制系统,目前,国内反作用飞轮形成了角动量在1~50N·m·s间的系列化产品,并已投入实际应用,产品最长寿命达8年,用于近地轨道地球卫星平台(质量1000~3ooo妇以上),每颗卫星使用飞轮产品的数量至少在3台以上。这些飞轮产品无论质量或功耗指标均收稿日期:2012一09—25作者简介:姜宁翔(1975一),男,工程师,主要研究方向为卫星姿控系统执行机构设计。不能满足微小卫星平台的需求,无法直接应用于质量100kg级的微小飞行器。部分质量100kg级别的深空微小飞行器,对器载设备抗辐照指标要求低于地球轨道卫星,

7、但对产品质量、功耗及工作温度范围要求高于地球轨道卫星。角动量o.12N·m·s微型飞轮的质量轻、低功耗且抗低温,·是为微小卫星而研制且首次开发成功的产品,其设计有独创性,可推广于质量100kg级的航天微小飞行器。本文对~种可用于微小卫星姿控分系统的微型长寿命飞轮技术进行了研究。第30卷2013年第4期姜宁翔,等:微型反作用飞轮技术1总体组成微型飞轮主要由电机轮体组合件、轴承组件、上下壳体和控制电路组成,其总体

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