论文摘要
反作用飞轮是卫星姿态控制系统中最重要的惯性执行部件之一,近几年发射的长寿命、高精度、多功能三轴稳定卫星,几乎毫不例外地利用反作用飞轮作为主要执行部件。随着卫星技术的发展,传统的反作用飞轮已很难满足卫星控制系统对反作用飞轮提出的高精度,小型化和通用化的要求。本文对反作用飞轮及其控制器进行了探讨,提出并设计了一种新型的反作用飞轮,能很好地满足多种要求。本文首先介绍了反作用飞轮在卫星控制系统中的作用以及卫星控制系统对反作用飞轮所提的要求,介绍了反作用飞轮系统的一般组成,阐述了反作用飞轮研制过程的难点。然后根据卫星控制系统对反作用飞轮所提的要求,论述了反作用飞轮的主要设计内容,包括反作用飞轮主要性能指标的设计,控制方案的设计,各个组件及接口设计等。文中重点阐述了反作用飞轮控制器的设计,在对以单片机和DSP为控制核心的反作用飞轮控制器认识的基础上,提出SOPC技术及MicroBlaze软核技术,论述了这些技术在反作用飞轮控制器上应用的可行性。并介绍和分析了使用FPGA芯片的反作用飞轮控制器,说明使用FPGA新技术的FPGA反作用飞轮控制器在小体积、通用性方面的优势。然后详细描述了FPGA方案的反作用飞轮控制器设计。包括EDK的设计过程,系统构建,自定义的IP核设计,IP核参数设置、驱动软件以及系统软件设计等。本文最后介绍了采用FPGA技术的飞轮原理样机的设计及试验结果,表明使用Microblaze软核设计的反作用飞轮控制器,在一片FPGA内集成了多片专用芯片的功能,实现了反作用飞轮控制器高精度控制,所设计的反作用飞轮可实现小型化和通用化。文中还对后续的研究进行了展望。
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摘要ABSTRACT第一章 绪论1.1 论文研究背景及意义1.2 国内外研究现状1.3 文章结构第二章 反作用飞轮系统基础2.1 反作用飞轮的用途2.2 反作用飞轮系统的组成2.2.1 控制器2.2.2 执行机构2.2.3 电机2.2.4 轮体2.2.5 速度检测装置2.3 反作用飞轮的性能要求2.4 研制难点2.5 本章小结第三章 反作用飞轮系统设计3.1 性能指标分析与参数选取3.1.1 转动惯量3.1.2 转速偏差3.1.3 时间常数3.1.4 转速增量3.1.5 电流与功耗3.1.6 力矩系数3.2 控制方案设计3.2.1 控制方案的选择3.2.2 控制系统与传递函数3.3 组件设计3.3.1 电机组件3.3.2 轴承组件3.3.3 光电编码器3.3.4 轮体组件3.4 接口设计3.4.1 电源接口3.4.2 通信接口3.4.3 测试接口3.5 本章小结第四章 反作用飞轮控制器4.1 反作用飞轮控制器的基本功能4.2 常见的反作用飞轮控制器4.2.1 单片机方案控制器简介4.2.2 单片机方案控制器特点4.2.3 DSP 方案控制器介绍4.2.4 DSP 方案控制器特点4.3 反作用飞轮控制器改进的可行性分析4.3.1 SOPC 技术4.3.2 MicroBlaze 软核4.4 FPGA 方案反作用飞轮控制器4.4.1 反作用飞轮控制器组成4.4.2 FPGA 方案控制器特点4.5 各种反作用飞轮控制器性能比较4.6 本章小结第五章 反作用飞轮控制器设计5.1 EDK 设计过程5.2 自定义IP 核设计5.2.1 直流无刷电机控制器IP 核设计5.2.2 直流无刷电机控制器的逻辑模块设计5.2.3 使用Active-HDL 软件仿真5.3 系统构建5.3.1 添加IP 核5.3.2 设置IP 核地址5.4 IP 核特点及参数设置5.4.1 microblze 核5.4.2 opb 总线uartlite 核'>5.4.3 opbuartlite 核timer 核'>5.4.4 opbtimer 核deltasigmaadc 核'>5.4.5 opbdeltasigmaadc 核intc 核'>5.4.6 opbintc 核5.5 软件设计5.5.1 IP 核软件设置5.5.2 系统软件设计5.5.3 使用XMD 工具调试嵌入式软件5.6 外围电路设计5.7 本章小结第六章 试验结果及效益分析6.1 系统组成概况6.2 试验结果6.3 本章小结第七章 全文总结7.1 论文总结7.2 研究展望参考文献致谢攻读硕士学位期间已发表或录用的论文上海交通大学学位论文 答辩决议书
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