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磁悬浮飞轮系统关键技术及其应用
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  • 公布年份:
    2018
  • 中图分类:
    V44
  • 关键词:
  • 成果简介:
    磁悬浮飞轮系统是以磁悬浮技术为核心的机电一体化集成尖端产品,美国、俄罗斯、德国等大力开展相关研究,已成功应用于航天航空、舰船潜艇、先进储能等领域,而中国相关研究滞后,核心技术长期被国外封锁。因此开展磁悬浮飞轮关键技术及应用研究,对打破国外技术封锁,推动中国重要装备核心技术突破,增强国际竞争力具有重大意义。该项目历时15年,在国家863等16项国家级项目、25项省部级项目资助下,开展系统深入研究,在磁悬浮飞轮系统关键结构与机理、系统的稳定性与高速高精控制、动态强冲击保护与高可靠密封技术等方面取得重大突破: 1)磁悬浮飞轮系统关键结构设计与优化。发明了平动与偏转互不干扰的球面解耦磁轴承、单绕组和双定子等新型磁悬浮电机,创建了基于磁场耦合因子和磁密均匀性的多目标磁路优化方法,实现了磁悬浮转子悬浮运动定位精度从微米级提升至纳米级,大幅提升飞轮系统悬浮精度与可靠性,减小系统体积与重量。 2)磁悬浮飞轮转子稳定判据与控制。创建了复变量频率特性的磁悬浮转子涡动模态稳定判据,建立了基于复变量频率特性的一类耦合系统稳定性理论,提出了模态分离和动态滤波补偿解耦的控制方法,破解了磁悬浮飞轮高速章动失稳和在轨运行的高精度与强鲁棒控制难题。 3)航天器姿态角速率测控一体化技术。发明了磁路解耦磁悬浮陀螺和基于磁悬浮控制力矩陀螺的航天器姿态角速率测量方法,提出基于磁悬浮飞轮的航天器高精度高带宽角速率测量与抑制方法,突破了航天器姿态测量与控制一体化技术瓶颈。 4)磁悬浮飞轮储能电机自适应柔性运行技术。发明了单绕组磁悬浮储能电机电动/悬浮、发电/悬浮柔性运行下参数自适应优化设计理论,提出了悬浮力“差动补偿”以及“修正逆”全域解耦控制方法;发明了磁悬浮电机双通道全周期发电技术和一种模糊PID控制器参数自整定方法;创建了磁悬浮飞轮储能系统新的结构与机理,形成了磁悬浮电机悬浮、电动、发电的柔性运行理论与方法。 5)磁悬浮飞轮动态冲击保护与密封技术。发明了磁悬浮飞轮可重复电磁和抱式锁紧设计方法,首次提出了基于系统性能、宏观振动和微观损伤的保护性能综合诊断技术,发明了飞轮低温焊接真空密封技术,有效解决了卫星发射主动段激烈振动与冲击对非刚性联接磁悬浮飞轮转子保护与诊断难题。 项目发表SCI/EI高水平论文150余篇,授权国家发明专利41件,支撑了航天五院502所成功研制国际首台磁悬浮控制敏感陀螺样机,为航天器甚稳超静姿控技术发展开辟了全新途径;助力航天东方红卫星有限公司和航天九院北京兴华机械厂成功研制“实践九号”卫星,并在国内首次搭载磁悬浮飞轮进行在轨试验,至今在轨运行正常;项目成果还在飞轮储能等高端装备中得到推广应用,显著提升了产品性能。相关成果得到中国航天控制著名专家、中国科学院院士和“实践九号”卫星总测试师的高度评价,为中国磁悬浮飞轮技术及其应用做出了突出贡献。
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