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题目：
雅宝题库答案：
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雅宝题库解析：
空间用磁悬浮飞轮，特指以磁轴承为转子支承方式的各类航天用飞轮，包括反作用飞轮、动量轮、储能飞轮、控制力矩陀螺等。由于磁轴承无摩擦、微振动的特点，使得磁悬浮飞轮具有高转速、高精度和长寿命的潜在优势，被认为是未来航天器平台理想的姿态稳定控制执行机构和能量存储单元。本文就磁悬浮飞轮磁轴承控制系统的三大技术难题：稳定性、控制精度和可靠性，从控制系统分析和控制方法实现的角度，主要进行了以下几个方面的研究：结合航天应用，对永磁偏置、倾斜磁极和洛伦兹力等几类磁悬浮方案进行了讨论，指出了磁悬浮飞轮的研究发展趋势和磁轴承控制所面临的主要题目。以五自由度主动控制永磁偏置磁悬浮飞轮为主要研究对象，建立了飞轮转子动力学模型、轴承控制系统数学模型、功放非线性模型以及线圈磁路耦合模型，用于系统仿真分析，为磁轴承系统控制方法研究奠定了基础。针对磁悬浮大惯量高速飞轮转子强陀螺效应所引起的系统稳定性题目，提出了一种基于控制系统复数等效频率特性的磁悬浮转子涡动模态稳定判据，用于系统稳定性分析和稳定域设计，指出控制系统相位滞后，特别是磁轴承功放电流速率有限所造成的非线性是影响章动模态稳定性的主要因素，实测系统稳定域判定误差小于6%，解决了系统稳定性工程预测的准确性题目。提出了一种转速自适应的滤波交叉反馈稳定控制方法，分别针对章动和进动进行控制系统相位滞后补偿，有效提高了磁悬浮大惯量高速飞轮转子进动和章动模态的稳定裕度。实验结果表明，磁悬浮飞轮在0～42000 r/min的整个转速范围内稳定运行，解决了磁悬浮飞轮的高稳定度悬浮控制题目。针对磁悬浮飞轮因转子检测轴、支承轴和惯性轴三轴不共线所引起的同频振动题目，提出了一种基于自适应滤波的惯性自对准主动振动控制方法，利用飞轮转子惯性自对中原理，采用高速闭环自适应识别，低速开环补偿控制的方法，在飞轮全转速范围内，实现传感器误差补偿，以及转子不平衡和磁轴承负刚度所致磁偏拉力的前馈补偿、用于磁悬浮飞轮的高精度主动振动控制和高精度动平衡，控制飞轮转子绕其惯性主轴旋转。飞轮轮体振动测试结果表明，飞轮同频振动量明显减小，解决了磁悬浮飞轮的高精度悬浮控制题目。转子位移检测是磁悬浮飞轮实现高稳定度高精度悬浮控制的前提，传统位移传感器检测线路复杂、工作环境差、可靠性低，是影响磁悬浮飞轮可靠性，制约其空间应用的一个主要因素。针对磁悬浮飞轮用永磁偏置径向磁轴承，采用磁路分析的方法，对飞轮转子位移自检测原理进行了研究，提出了一种基于差动变压器原理的径向磁轴承两自由度位移自检测控制方法，实现飞轮稳定悬浮，提高了系统可靠性，为磁悬浮飞轮位移传感器的冗余设计和磁轴承的高可靠容错控制奠定了基础。最后，以上述控制方法理论研究为基础，结合实际地进行了相关的实验研究。对磁悬浮飞轮样机、磁轴承控制系统、飞轮实验调试系统、飞轮振动测试系统、以及实验调试和实验测试方法进行了介绍，并给出了磁悬浮控制力矩陀螺和磁悬浮姿控储能飞轮升降速稳定性测试结果，磁悬浮反作用飞轮振动性能测试结果，以及磁悬浮飞轮位移自检测悬浮升速测试结果。本文所取得的研究成果已成功应用于各类磁悬浮惯性执行机构原理样机的研制，为磁悬浮姿控储能飞轮、磁悬浮反作用飞轮和磁悬浮控制力矩陀螺原理样机磁轴承控制系统研制及其工程化奠定了理论和技术基础。 |
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发表于 2022-8-29 17:09:16
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