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反作用轮机械结构及控制系统研究

作　者: 祝明锦
导　师: 熊继军；张高飞
学　校: 中北大学
专　业: 精密仪器及机械
关键词: 小卫星反作用轮无刷直流电动机 PI控制单片机控制
分类号: V448.22
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 44次
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内容摘要

近半个世纪,航天技术在世界范围内取得突飞猛进的发展,随着微纳米技术的不断革新,微小卫星正成为各航天大国的关注焦点。本论文中的反作用轮是NS-2卫星姿态控制系统(ADCS)执行机构的关键部件,约重420g。NS-2卫星采用三轴姿态稳定技术,在三轴各安置一轮,并在转速临近饱和时以磁力距器进行卸载,使得反作用轮转速恢复到规定范围,确保姿态稳定。本文主要研究反作用轮机械结构尤其是轮体的设计以及控制系统软硬件的设计。主其要内容为：1)优化飞轮轮体结构,使轮体在体积小的同时,实现尽可能大的惯量/质量比,并对壳体进行设计。2)设计了基于单片机和电机专用控制器的反作用轮控制系统,实现了稳定可靠,占用空间少,成本低的要求。3)进行了反作用轮控制电路测试试验,测试结果满足预期的设计要求。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
主要符号表  9-10
第一章绪论  10-18
  1.1 小卫星的发展  10
  1.2 卫星姿态控制系统分类  10-14
    1.2.1 被动姿态控制系统  11
    1.2.2 主动姿态控制系统  11-14
  1.3 飞轮系统概述  14-18
    1.3.1 飞轮系统的分类  14-15
    1.3.2 飞轮工作原理  15-16
    1.3.3 飞轮的研究现状  16-17
    1.3.4 本课题的意义  17-18
第二章反作用轮机械结构设计指标  18-22
  2.1 机械结构部分设计原则  18
  2.2 指标要求  18-19
  2.3 无刷直流电动机的选择  19-22
    2.3.1 电动机的分类  20
    2.3.2 电动机对轴承的要求  20-22
第三章反作用轮轮体及壳体设计  22-28
  3.1 设计目的  22
  3.2 轮体结构设计  22-26
  3.3 反作用轮壳体设计  26-28
第四章反作用轮控制系统的硬件系统设计  28-50
  4.1 硬件设计原则  28
  4.2 任务要求  28
  4.3 控制电路的原理  28-32
    4.3.1 无刷直流电动机的原理  29-30
    4.3.2 主回路的原理  30-32
  4.4 单片机C515C  32-33
  4.5 UC2625的功能和工作原理  33-39
  4.6 转速的调制  39-47
    4.6.1 使用转速,电流双闭环控制系统的必要性  40-41
    4.6.2 速度环设计  41-44
    4.6.3 电流环设计  44-45
    4.6.4 转速的测量  45-46
    4.6.5 PWM调制  46-47
  4.7 CAN通讯设计  47-50
第五章软件设计  50-58
  5.1 中断服务程序  50-51
  5.2 PWM信号控制子程序  51-53
  5.3 转速闭环控制程序设计  53-58
    5.3.1 PI控制器工作原理及控制算法  53-55
    5.3.2 PI控制器参数选择  55-57
    5.3.3 PI控制器采样周期的选择  57-58
第六章反作用轮系统的测试  58-63
  6.1 测试内容及准备工作  58
  6.2 测试数据及分析  58-63
    6.2.1 基本控制功能检测  58-59
    6.2.2 转速精度检测  59-61
    6.2.3 转速稳定性测试  61-62
    6.2.4 结论  62-63
第七章结论  63-64
  7.1 结论  63
  7.2 存在问题  63
  7.3 展望  63-64
参考文献  64-66
攻读硕士学位期间发表的论文  66-67
致谢  67-68
附录  68-74

反作用轮机械结构及控制系统研究

内容摘要

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