Управление бортовыми электроприводами космических аппаратов в особых режимах

• Автор: Якимовский, Дмитрий Олегович
• Шифр специальности: 05.13.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 225 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение.

1 Электропривод бортовых систем управления космическими аппаратами.

1.1 Электроприводы гироскопов в бортовых системах управления космическим аппаратом

1.2 Гироскопический электропривод на базе бесконтактного двигателя постоянного тока.

1.3 Выводы

2 Математические модели электропривода в особых режимах.

2.1 Математическая модель электропривода в режиме программного разгона

2.2 Математическая модель привода в режиме управления ускорением.

2.3 Выводы
3 Исследование режима программного разгона ротора гироскопа с газодинамической опорой
3.1 Критерии оценки эффективности программы разгона.
3.2 Критерии оценки эффективности режима частотного разгона.
3.3 Критерий оценки эффективности режима приведения.
3.4 Исследования режима разгона ротора гиромотора гироинтегратора ГМГИ линейных ускорений
3.4.1 Описание электропривода ГМ ГИ.
3.4.2 Исследование режима разгона с помощью компьютерных моделей
3.4.3 Пример оценки эффективности программ частотного разгона ГМГИ ККП системы управления РБ БризМ.
3.4.4 Экспериментальные исследования режима программного разгона ротора ГМГИ
3.5 Методика оптимизации параметров программы разгона
3.6 Выводы.
4 Управление ускорением ротора двигателямаховика
4.1 Алгоритмы управления ДМ
4.1.1 Основные требования к алгоритму управления ДМ
4.1.2 Режим стабилизации тока двигателя управление по току.
4.1.3 Режим стабилизации скорости вращения ротора относительно расчетной скорости.
4.1.4 Режим стабилизации разности между расчетной и измеренной скоростью вращения ротора
4.2 Исследование системы управления двигателеммаховиком системы ориентации КА типа Ямал
4.2.1 Исходные данные
4.2.2 Основные параметры разрабатываемой системы управления электроприводом ДМ.
4.2.3 Результаты моделирования работы системы
4.2.4 Результаты испытания макета электропривода.
4.3 Выводы.
Заключение.
Литература


Для управления скоростью требуется специальный датчик, что для большинства гиромоторов недопустимо. Асинхронный привод нашел применение в приборах невысокой точности, выпускаемых массовым производством. В традиционном синхронном приводе средняя скорость вращения строго соответствует частоте питающего напряжения. В случае применения синхронного двигателя с постоянными магнитами на роторе, привод обладает очень высокими энергетическими показателями. Главный недостаток такого привода - сложное обеспечение разгона ротора. Синхронный двигатель с постоянными магнитами не имеет собственного пускового момента. Для его прямого включения требуется пусковая обмотка тика «беличьей клетки» [] . Такое решение усложняет конструкцию двигателя, увеличивает его габариты и массу, снижает стабильность центра масс ротора. Частотный разгон синхронного двигателя до номинальных оборотов для гиромотора представляет достаточно сложную задачу [3,,] и не решает проблему повторного запуска в случае выпадения двигателя из синхронизма в результате действия перегрузок. В прецизионных гироскопических приборах нашел широкое применение привод на базе синхронно-гистерезисного двигателя. Синхронный гистерезисный двигатель в номинальном режиме ведет себя как обычный синхронный двигатель, но при этом обладает возможностью асинхронного пуска. Такой тип электропривода можно считать идеальным для ротора гироскопа. Большое выделение тепла в роторе при разгоне опасно в случае использования бесконтактных опор (например, газодинамических). Из-за тепловых деформаций конструкции может произойти заклинка опоры. Поэтому возможный разогрев необходимо учитывать при разработке конструкции гиромотора. Кроме этого, сильный разогрев ротора увеличивает время (тепловой) готовности гироприбора [3]. Для увеличения КПД в гистерезисном приводе используется режим перевозбуждения [3,]. Наиболее эффективно импульсное перевозбуждение. При этом решается задача повторного разгона и поддержания высокой энергетики привода в случае выпадения из синхронизма. Исключить угловые колебания ротора, которые присущи всем типам синхронных машин, и магнитную нестабильность гистсрезисного двигателя практически невозможно. Для повышения точности гироскопических приборов их учитывают в алгоритмах обработки информации []. Электропривод на базе бесконтактного двигателя с постоянными магнитами на роторе, вентильный электропривод, в принципе позволяет исключить все перечисленные выше недостатки [,]. В процессе разгона персмагничивания ротора не происходит, ротор остаётся «холодным». КПД привода, благодаря запасенной энергии в постоянных магнитах, самый высокий из известных электрических приводов. Вводя соответствующие контуры регулирования можно существенно уменьшить, вплоть до исключения, угловые колебания ротора, характерные синхронным приводам. Благодаря использованию мощных магнитных материалов, конструкция магнитной системы электродвигателя может выполняться с большими воздушными зазорами. Это позволяет создавать «безжелезистые» и «стерильные», заключенные в герметичный керамический кожух, статоры. Указанная возможность важна при создании гироскопов с газодинамическими опорами [-]. В современных силовых комплексах систем ориентации космических аппаратов используют исключительно привод на базе бесконтактного двигателя постоянного тока с постоянными магнитами [,-]. Основной элемент электропривода - это бесконтактный двигатель постоянного тока (БДПТ) с постоянными магнитами (или вентильный двигатель). БДПТ представляет собой преобразователь электрической энергии в механическую. В его состав входят синхронный двигатель с постоянными магнитами на роторе, датчик положения ротора, электронный коммутатор фаз двигателя. Система настраивается так, чтобы обеспечить принципиальный сдвиг на эл. Из всего многообразия схем, различающихся числом секций, способом питания, способом соединения секций [-], наиболее подходящей для использования в гироскопическом электроприводе является структура из трёхфазной силовой машины (СМ) и трёхфазного мостового инвертора в роли электронного коммутатора (ЭК) рисі .