太阳能帆板驱动装置力矩特性测试方法的研究

【摘要】：太阳能帆板是为处于外太空中的卫星提供能源供应的关键装置，太阳能帆板只有正对太阳时才能最充分的利用太阳能，所以需要驱动装置控制太阳能帆板法线始终与太阳光束平行。太阳能帆板的转动惯量从几kgm~2到几十kgm~2，需要太阳能帆板驱动机构有足够的驱动力矩。因此，有必要对太阳能帆板驱动装置的力矩特性进行测试。 太阳能帆板驱动装置从结构上来说由步进电机、导电环、角位置传感器、机构本体及驱动线路等部分组成，其力矩特性主要包括内部步进电机的电磁力矩以及各部件的摩擦力矩特性。在静态和匀速条件下，摩擦力矩特性恒定，太阳能帆板驱动装置的力矩特性变化规律和步进电机力矩特性的变化规律相似。实验室环境下以两相混合式步进电机为被测样机，研究太阳能帆板驱动装置力矩特性的测试方法。 研究太阳能帆板驱动装置的力矩特性数学模型，并对其核心部件步进电机的电磁力矩模型进行总结。针对太阳能帆板驱动装置力矩特性的特点，应用力矩动态平衡的思想，分析测试过程中力矩传动和角度传递的机理，提出一种新的测试方法，进行太阳能帆板驱动装置力矩特性的连续测试，根据测试方法设计测试方案并设计力矩特性测试系统。 在力矩特性测试系统的硬件设计上，以计算机为处理平台，选用了高精度的扭矩传感器、角度编码器、数据采集卡及直流力矩电机搭建测试平台；设计扭矩信号和角度信号处理电路提高测试信号的抗噪性能；设计位置模式下和力矩模式下的控制器参考信号构成电路，实现为不同测试参数提供不同的控制模式；设计对被测件的硬件保护电路提高系统的安全可靠性。软件设计上通过模块化设计便于软件功能扩展。包括命令及控制模块、数据测量采集模块、数据处理及分析模块三个部分。综合运用了通过PCI接口和RS232接口的数据通信技术、多线程与线程同步技术、内存绘图技术、基于ADO的数据库操作技术和基于SkinMagic视觉优化技术设计测量软件，保证软件的高效率运行和简单友好的操作界面。 在实验室环境下以两相混合式步进电机为被测样机进行力矩特性的测试，并对测试结果进行了分析，结果表明所设计的系统能够实现对样机力矩特性的测试，系统工作稳定可靠。系统调试完成后，在工作现场对太阳能帆板驱动装置的力矩特性进行多次测试，测试结果表明该系统可实现对太阳能帆板驱动装置三种力矩特性的测试。 【关键词】：太阳能帆板 驱动装置 步进电机 力矩特性 自动测试
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：V442;TP274
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-6
• 目录6-8
• 第一章 绪论8-13
• 1.1 课题研究背景和意义8-9
• 1.2 太阳能帆板驱动装置力矩特性测试现状9-11
• 1.3 论文的主要内容11-13
• 第二章 太阳能帆板驱动装置力矩特性测试方法分析13-20
• 2.1 被测装置电磁力矩数学模型分析13-15
• 2.1.1 太阳能帆板驱动装置数学模型13-14
• 2.1.2 步进电机电磁力矩模型14-15
• 2.2 力矩特性测试方法15-18
• 2.2.1 启动力矩特性和保持力矩特性测试方法15-18
• 2.2.2 驱动力矩特性测试方法18
• 2.3 本章小结18-20
• 第三章 力矩特性测试系统硬件设计20-36
• 3.1 力矩特性测试系统方案设计20-24
• 3.1.1 总体方案设计20-21
• 3.1.2 角度检测装置选择21-22
• 3.1.3 力矩检测装置选择22-23
• 3.1.4 驱动装置选择23-24
• 3.2 力矩特性测试系统硬件设计方案24-28
• 3.2.1 机械结构设计方案24-25
• 3.2.2 数据采集模块设计方案25-27
• 3.2.3 驱动控制设计方案27-28
• 3.3 硬件设计关键问题解决方案28-34
• 3.3.1 电磁干扰的解决方案28-31
• 3.3.2 稳速控制的解决方案31-33
• 3.3.3 安全性的解决方案33-34
• 3.4 本章小结34-36
• 第四章 力矩特性测试系统软件设计36-48
• 4.1 软件框架和功能模块36-38
• 4.1.1 软件功能说明及框图36-37
• 4.1.2 程序流程37-38
• 4.2 软件系统组成模块38-42
• 4.2.1 传感器数据采集模块38-39
• 4.2.2 力矩电机控制模块39-40
• 4.2.3 数据处理与分析模块40-42
• 4.3 软件设计中的关键技术42-46
• 4.3.1 数据通信技术42-43
• 4.3.2 多线程与线程同步技术43-44
• 4.3.3 数据存储与数据库操作技术44-45
• 4.3.4 界面美化技术45-46
• 4.4 本章小结46-48
• 第五章 实验数据及分析48-61
• 5.1 空载测试48-49
• 5.2 启动力矩特性测试49-51
• 5.3 保持力矩特性测试51-54
• 5.4 驱动力矩特性测试54-56
• 5.5 测试系统误差分析56-60
• 5.5.1 机架及安装误差56-57
• 5.5.2 传感器和传输电路误差分析57
• 5.5.3 机械震动误差分析57-58
• 5.5.4 系统总体测试不确定度分析58
• 5.5.5 测试系统校验结果58-60
• 5.6 本章小结60-61
• 第六章 总结与展望61-64
• 6.1 全文总结61-62
• 6.2 课题展望62-64
• 参考文献64-68
• 发表论文和参加科研情况说明68-69
• 致谢69

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