Разработка и исследование системы управления динамическим моментом двигателя-маховика системы ориентации и стабилизации космического аппарата

Объект исследования - электропривод управляющего двигателя-маховика (УДМ) на базе синхронного двухфазного двигателя с постоянными магнитами. Цель исследования - разработка и изучение способа управления динамическим моментом с компенсацией момента сопротивления и обеспечение линейного характера регулировочной и моментно-скоростных характеристик УДМ во всем диапазоне рабочих частот вращения (в том числе околонулевых), а также устройств для технической реализации этого способа. Впервые предложен способ управления динамическим моментом двигателя-маховика на основе системы с созданной эталонной цифровой моделью в контуре фазовой синхронизации. Разработаны алгоритмы работы эталонной цифровой модели УДМ и алгоритмы синхронизации ее параметров с текущими выходными координатами двигателя. Предложен способ сложения частот пилообразных цифровых сигналов, реализуемый путем отбрасывания старшего бита результата суммирования. Разработана трехконтурная имитационная модель электропривода УДМ на основе эталонной цифровой модели и принципа фазовой синхронизации. Синтезирована система управления УДМ, позволяющая повысить точность реализации динамического момента при заданных динамических характеристиках в широком диапазоне изменения частоты вращения маховика для исключения влияния момента сопротивления на процесс ориентации и стабилизации космического аппарата (КА). Разработаны методики испытаний и измерений параметров приборов с новой системой управления, которые заложены в алгоритмы автоматических проверок в составе контрольно-проверочной аппаратуры приборов. Электропривод УДМ с новой системой управления позволяет уменьшить шаг задания динамического момента с 0,1 мН*м до 0,025 мН*м (и менее) и уменьшить погрешность с 10 - 20% до 0,5%, а также погрешность измерения кинетического момента с 3 до 0,2% при увеличении разрядности и уменьшении интервала измерения. Изготовлены экспериментальные и опытные образцы приборов. Проведены лабораторно-отработочные испытания, предварительные испытания, испытания на электромагнитную совместимость. Электропривод УДМ с новой системой управления позволяет повысить точность системы ориентации и стабилизации (СОиС) за счет исключения мертвых зон трогания УДМ, компенсации возмущающих моментов без участия управления СОиС при снижении динамических отклонений стабилизации КА. Выполнение задач работы осуществлялось в соответствии с несколькими договорами и контрактами, имеются акты внедрения в деятельность АО «НПЦ «Полюс», ФГУП «ЦНИИХМ», ФГБОУ ВО «ТУСУР». Результаты исследования рекомендовано использовать в организациях, занимающихся проектированием и производством устройств силовой гироскопии и систем ориентации и стабилизации КА, а также в учебном процессе в вузах.