卫星在轨周期干扰力矩辨识与补偿方法的研究

文章针对三轴稳定卫星受周期干扰影响的情形,研究周期干扰力矩预先未知的情况下卫星在稳态运行期间姿态的高精度控制问题.要实现卫星姿态的高精度控制,需要对未知周期干扰力矩进行在轨估计进而实现补偿.该文首先基于卫星的稳态输出数据,采用特征系统实现法辨识周期干扰力矩的频率,并结合控制系统的闭环传递函数估计干扰的幅值进而获得周期干扰的完整模型.然后提出了使用前馈控制对所估计干扰实现在线补偿的方案.分析和仿真结果表明,上述方案能有效地克服未知周期干扰力矩对姿态稳定度的影响,提高在轨运行卫星的姿态控制精度.     

卫星太阳翼阻尼器参数选定方法

为了研究阻尼器参数（位置、数量及阻尼大小）在锁定过程中对锁定冲击力矩及帆板展开到位过程中对卫星姿态角的影响,在卫星太阳翼系统建模的基础上,利用MSC.ADAMS动力学软件对太阳帆板展开过程进行了仿真分析,对展开过程中帆板之间的冲击力矩以及卫星姿态角变化进行了分析.结果表明：在连接架与帆板间施加单阻尼器可以有效地减小帆板...     

空间展开桁架结构动态特性分析

通过ADAMS和I—DEAS建立空间展开桁架的柔性多体动力学仿真模型．比较了刚柔桁架展开过程中卫星姿态角及姿态角速度的变化,及柔性桁架的不同展开速度对卫星姿态角及姿态角速度的影响．通过对卫星在不同初始姿态角速度下,及在受到力矩脉冲作用下展开时卫星的姿态角速度影响的比较,说明了在这两种初始扰动下桁架展开运动的稳定性情况．对不同驱动角速度下桁架展开的仿真比较得到该桁架的失稳条件．     

编队飞行卫星相对姿态变结构分布式协同控制

以编队卫星激光通信为背景,在已知主从星之间的相对位置和姿态的情况下,提出了一种卫星编队完全分布式协同控制策略,设计了一种分布式相对姿态变结构协同控制律,并利用Lyapunov稳定性原理证明了该控制律能够保证编队的全局渐进稳定。仿真结果表明,在编队卫星受到各种干扰力矩影响时,该方法能够有效提高编队卫星相对姿态控制精度,从而实现编队卫星之间的姿态协同,证明了所设计控制器的有效性。     

具有大型天线的卫星姿态大角度机动解耦控制

为了解决卫星-天线系统的耦合动力学问题,利用一种三自由度驱动与测量机构连接天线臂与卫星平台并控制天线指向.通过该机构在卫星姿态控制系统中引入前馈控制来补偿反作用力矩,从而实现卫星平台与天线之间的解耦控制.在卫星姿态大角度机动条件下建立带有解耦机构的卫星-天线系统动力学模型.以该模型为基础设计姿态大角度机动的控制方案并进行仿真验证.仿真结果表明解耦控制方法将卫星姿态稳定度提高了两个数量级.解耦控制方法能大幅增加天线振动的阻尼,有效提高卫星稳定度.     

平均地磁控制器的研究

针对小卫星单独利用三轴磁力矩器控制姿态可能出现失控的情况,研究了偏置动量轮与三轴磁力矩器组合控制的方案.其中,动量轮提供常值的俯仰轴偏置动量,并与依据轨道平均法设计产生的磁控力矩一起完成三轴对地定向的任务.通过在高、中、低倾角轨道上的大量仿真,表明这一方案在各种轨道上都能取得较好的控制效果,即便在几种磁力矩器故障情况下也能很好地稳定住卫星姿态.     

卫星姿态调节的滑模PID控制器设计

针对刚体卫星的姿态调节问题,提出了一种滑模PID控制器设计方法.根据李亚普诺夫方法,推导出了采用PID形式的切换面的滑模PID控制器.在卫星转动惯量参数存在不确定性和存在外干扰时,该控制律也具有全局稳定性和鲁棒性.最后对卫星姿态控制系统进行了仿真研究.结果表明,所设计的控制方案在实现姿态调节控制的同时,对于卫星转动惯量的摄动及外部扰动力矩是鲁棒的.     

皮卫星在轨能量平衡仿真研究

针对浙江大学皮卫星由于输入能量条件差以及采用非调节母线和体装式结构,使其能量平衡计算相对于传统卫星更加复杂的特点和电源电路的特殊设计,对电源系统进行了建模. 通过实时计算太阳电池、蓄电池和负载的在轨工作参数以及分析实时的电流平衡、电压平衡和能量平衡,最终得到真实的能量平衡仿真模型. 对理想运行条件、实际环境条件和考虑卫星姿态失效的最差条件分别进行了仿真. 结果表明,在理想条件下可以完全保证整星能量平衡;在实际环境下最大平衡功率能忍受实际负载约10%的拉偏;在最差姿态条件下已几乎没有裕量,但能完全保证卫星安全模式下的负载功率能量平衡.     

敏捷小卫星姿态控制律和操纵律一体化设计

研究了以控制力矩陀螺(CMG)为执行机构的敏捷小卫星姿态控制系统控制律和操纵律的一体化设计.首先,采用4个单框架控制力矩陀螺(SGCMG)构成典型的金字塔构型的CMG,并根据CMG的框架轴轴承会逐步退化建立CMG动力学模型.然后,基于自适应控制思想,设计控制律和操纵律一体化的控制器,同时考虑到为避免CMG奇异性影响,基于Lyapunov理论证明其组成的闭环系统渐近稳定.最后,通过建立敏捷小卫星闭环姿态控制系统对算法进行仿真验证,仿真结果表明该算法简单有效,能够实现敏捷小卫星快速姿态机动.     

无刷直流电动机力矩波动分析及其降低方法

本文系统分析了无刷直流电动机的电磁力矩波动和齿槽力矩波动及其降低方法。在分析电磁力矩波时，针对定子绕组的不同连接方式和不同的气隙磁场波形作了详细讨论。     

A comparing design of satellite attitude control system based on reaction wheel

The disturbance caused by the reaction wheel with a current controller greatly influences the accuracy and stability of the satellite attitude control system. To solve this problem, the idea of speed feedback compensation control reaction wheel is put forward. This paper introduces the comparison on design and performance of two satellite attitude control systems, which are separately based on the current control reaction wheel and the speed feedback compensation control reaction wheel. Analysis shows that the speed feedback compensation con- trol flywheel system may effectively suppress the torque fluctuation. Simulation results indicate that the satellite attitude control system with the speed feedback compensation control flywheel has improved performance.     

大规模海上风电场经HVDC并网引发轴系扭振分析与抑制

大规模海上风电场经HVDC输电可提高其输电效率,但当风机轴系考虑为两质块模型时,直流整流侧的控制方式有可能向附近的风机引入负阻尼,将导致风机轴系扭振,影响系统的安全稳定运行。本文首先分析风机轴系扭振产生机理,通过复转矩系数法得到系统的电气阻尼系数,以判断固有扭振频率下的系统稳定性;然后计算出待补偿的电磁转矩和风机转子转速的相角差;最后通过设计附加阻尼控制器抑制风机轴系扭振。在PSCAD程序中搭建风电场经HVDC并网模型进行仿真分析,分析结果表明系统加入阻尼控制器后,风机轴系扭振迅速衰减,控制器的加入有效增大了系统阻尼比。此研究分析为大规模海上风电场通过HVDC并网提供了理论基础。     

转矩滞环幅值可调的直接转矩控制方法研究

通过对转矩脉动的原因进行分析,得出低速运行时转矩滞环的幅值和转矩脉动直接相关,速度误差信号的变化是判断电机转矩脉动的一个很好的指标;同时提出一种模糊逻辑控制器,以速度误差信号和电流信号的变化率为输入,以转矩滞环振幅增量为输出,能动态地调节转矩滞环幅值.仿真结果表明:含有模糊逻辑滞环调节控制器的直接转矩控制系统能够减少电机运行过程中的转矩和磁通脉动,同时提高直接转矩控制系统在低速运行条件下的工作性能.     

无刷双馈电机的稳态特性与仿真研究

介绍了无刷双馈电机(BDFM)的工作原理;通过频率折算,将BDFM中各绕组不同频率的电量等效为同一频率,从而获得BDFM在稳态运行的等效电路和相量图;分析了BDFM稳态运行的电磁转矩和功率关系;同时,对BDFM的转速、转矩进行了仿真,为BDFM的设计及控制策略的研究提供了一定的理论基础.     

Simulation analyzing of torque-ripple minimization for switched reluctance motor

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轮控小型月球探测器姿态稳定的非线性预测控制

针对月球探测器飞行任务要求,推导三轴姿态稳定非线性预测控制器,以抑制反作用轮低速摩擦等对姿态的扰动,满足月球探测器高精度姿态稳定控制精度和稳定度的要求．仿真结果表明该控制器控制精度高,能有效抑制飞轮低速摩擦等对姿态的扰动．     

开关磁阻电机的直接转矩控制技术研究

开关磁阻电机具有结构简单、调速范围宽、性价比高等优点,但其转矩脉动较大导致了振动和噪声比其他调速系统严重,制约了它在一些场合中的应用。本文将直接转矩控制技术应用到开关磁阻电机中,对电机转矩进行控制,仿真结果证明,此技术能够将磁链矢量幅值很好的控制在滞环带内,从而有效地控制转矩脉动,降低电机的振动和噪声。     

达里厄风力机恶劣工况下气动特性的数值模拟

以一台具有三个叶片的达里厄风力发电机为例,分析了不同相位叶片的受力特点;基于Fluent软件,采用雷诺时均N-S方程和k-ωSST模型,结合MRF旋转坐标系技术对垂直轴风力发电机进行了二维数值模拟,研究了该垂直轴风力机的风轮扭矩的周期性变化规律,确定了一个旋转周期内的恶劣工况。通过对恶劣工况下不同来流风速和转速时的瞬态数值模拟获得了其流场特征。研究表明:叶片之间的干扰和风轮的气流泄露将在不同程度上影响风力机的性能,并模拟计算了增加叶片后的扭矩变化规律。     

曲线地段直线电机轮轨列车动力学响应

为研究直线电机轮轨列车行驶于曲线段线路上时,铁路线路条件对列车动力响应的影响规律,以便为修改线路设计规范提供理论依据.建立直线电机轮轨交通列车线路动力学模型,模型中直线电机所受垂向电磁力大小随列车牵引速度和电机气隙的变化而时刻改变.仿真模拟并分析垂向电磁力、车速、曲线半径、超高、轨道不平顺对系统动力响应的影响.结果表明:轨道垂向不平顺和高车速对气隙影响显著;列车通过小半径曲线段时,垂向电磁力对脱轨系数和轮重减载率的消减作用显著;脱轨系数、轮重减载率、轮轨横向力、车体横向加速度、车体横向位移这5类动力响应的最大值,同时受车速、曲线半径、超高影响显著.基于5类动力响应最大值的拟合公式,可对车速、曲线半径、超高取值范围进行合理匹配,并确定曲线地段的合理车辆限界.     

基于模糊控制的异步电动机直接转矩控制系统研究

针对传统的异步电动机直接转矩控制中存在低速运行时电动机转矩脉动较大的问题,提出了一种基于模糊控制的直接转矩控制系统模型.该模型采用三输入单输出的结构,将磁链相位角、磁链幅值误差和转矩误差作为模糊变量,并对其进行模糊分级,以此达到优化空间电压矢量选择的目的.并在Matlab/simulink中进行仿真,结果表明该方法有效的减小了转矩脉动,同时有更好的速度响应.