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题目：
雅宝题库答案：
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雅宝题库解析：
磁悬浮飞轮采用磁轴承替代传统飞轮的滚珠轴承，从根本上消除了飞轮转子与定子间的机械摩擦，具有高转速、高精度、长寿命的优势，被认为是高精度、长寿命航天器的理想姿态控制执行机构。五自由度磁悬浮飞轮由于采用全主动控制，可以实现更高的控制精度，同时转子在磁间隙范围内由磁轴承控制偏转，可以沿径向二自由度输出大力矩，是同时满足高精度、大力矩与长寿命需求的理想姿态控制执行机构，是磁悬浮飞轮的研究前沿。 本文以五自由度全主动大力矩磁悬浮飞轮为研究对象，针对其三大技术难题：高精度，大力矩与空间应用，对磁轴承系统的不平衡振动控制、微框架控制及其空间应用题目进行了深入研究： 针对磁悬浮飞轮的不平衡振动题目，提出了一种轴承力补偿的不平衡振动控制方法，通过对电流刚度力中的同频分量进行陷波，并对位移刚度力中的同频分量进行补偿，利用自对中效应，使转子绕惯性轴旋转，并采用根轨迹方法进行了轴承力补偿方法的稳定性分析。针对磁悬浮飞轮工作于临界稳定转速以下时的稳定性题目，与倍频扰动的抑制题目，进一步提出了轴承力补偿方法的开环形式与抑制倍频形式。实验结果表明，轴承力补偿方法可使转子的不平衡振动衰减为5.2%，并在整个转速范围内均起到很好的抑制效果，解决了磁悬浮飞轮的不平衡振动控制题目。 针对磁悬浮飞轮利用微框架效应输出大力矩的控制题目，提出了前馈矩阵控制方法，通过利用陀螺效应主动施加控制力矩，解决了转子动力学耦合影响微框架控制精度的题目。针对磁阻力轴承角位移负刚度影响微框架控制精度题目，进一步提出了角位移负刚度补偿方法。磁阻力磁悬浮飞轮实验结果表明，在跟踪正弦输入时，最大扰动峰值抑制为8.6%，稳定时间也得到了明显减少，解决了全主动磁悬浮飞轮输出大力矩的控制题目。 为实现大力矩磁悬浮飞轮空间应用，研究了卫星高频扰动抑制方法与星体机动控制策略。基于横滚轴与偏航轴姿态敏感器，提出了卫星姿态控制器与磁悬浮飞轮控制器的控制律，解决了大力矩飞轮抑制卫星高频扰动与星体机动应用题目。针对最大微框架角对大力矩磁悬浮飞轮空间应用的限制，提出采用大力矩磁悬浮飞轮构型提高卫星机动能力的方法。仿真结果表明，大力矩磁悬浮飞轮构型可使转动惯量为1000Kgm2的卫星于20s内沿横滚轴或偏航轴完成2.7的姿态机动并稳定，使卫星具有了双轴小角度频繁快速机动与快速稳定的能力。 为了更好地发挥磁悬浮飞轮在空间应用中的优势，基于磁悬浮飞轮的微框架效应，提出了磁悬浮陀螺飞轮的设计方案，采用洛伦兹力磁轴承对飞轮转子进行五自由度支承以提供转动自由度，并利用洛伦兹力与电流的线性特性，间接测量陀螺仪的输入角速度，解决了磁悬浮陀螺飞轮三自由度姿态控制与二自由度姿态敏感题目。基于欧拉动力学方程，推导了转子坐标系下磁悬浮陀螺飞轮的运动方程，为磁悬浮陀螺飞轮的分析与设计奠定了基础。 论文拓展了磁悬浮飞轮原理及应用研究的范围，促进了磁悬浮飞轮工程化与型号研究的进展。 |
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发表于 2022-8-31 21:40:33
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