面向控制力矩陀螺框架的諧振式壓電驅動器的研究.pdf

1、隨著航天航空事業(yè)的飛速發(fā)展，人們對航天器在太空環(huán)境中姿態(tài)調節(jié)的要求也越來越高。在航天器的姿態(tài)控制系統(tǒng)中一般采用控制力矩陀螺(簡稱CMG)作為主要的執(zhí)行機構?，F階段由于我國航天器種類和數量的持續(xù)高速增長，需要這種執(zhí)行機構的可靠性等方面性能達到較高要求。航天器上的控制力矩陀螺普遍采用傳統(tǒng)的電磁電機加減速器結構來實現驅動，這種驅動方式具有結構復雜、重量大、精度低等不足；此外，在極低溫度或者宇宙射線的作用下，這種驅動機構的部件經常會失效。因此，

2、現階段亟需發(fā)展新的驅動方式來克服上述瓶頸問題。
　　目前，壓電驅動器作為一種新型的驅動元件，具有低速大力矩輸出、無電磁干擾、較高的功率密度、響應速度快、耐低溫性能好、斷電自動實現鎖定、無需潤滑和構型靈活等突出優(yōu)點，可以嘗試應用于控制力矩陀螺的驅動系統(tǒng)中。根據以上原因，本文研究了一種針對小型衛(wèi)星控制力矩陀螺框架的諧振式壓電驅動器，與現有的一些控制力矩陀螺框架驅動結構相比，其構型更加緊湊，減少了框架的整體尺寸和重量，同時它還具備壓電驅

3、動機構的各項突出優(yōu)點。
　　本文首先初步設計了一種控制力矩陀螺框架結構，并對其簡要作了分析，指出其核心元件為一種兩端驅動方向相反的壓電驅動器。根據壓電驅動器所需實現的這種功能，規(guī)劃出其基本構型，并完成致動原理分析，從理論上證明其可行性；針對所提出的新構型，通過模態(tài)分析和靈敏度分析進行結構優(yōu)化設計和最終尺寸參數的確定；通過瞬態(tài)分析研究其驅動足表面質點的運動軌跡和位移參數。在此基礎上，研制了壓電驅動器的最終物理樣機，根據阻抗分析結果完