题目：磁悬浮姿控/储能飞轮能量转换技术研究

本课题来源于国防科工委“十五”民用航天科研专项，“卫星新型姿控/储能两用飞轮技术”。姿控/储能飞轮（Attitude control and energy storage flywheel，ACESFW）技术是航天应用领域中的关键技术之一，并已成为国外近几年研究的热点。它基于高速磁悬浮飞轮技术，并集成能量存储与姿态控制于一体。作为能量存储与释放单元时，ACESFW将高速旋转所存储动能释放，通过能量变换装置转换为电能，为星上设备在阴影区或能量紧急缺乏时提供电能。它的这个功能可省略或代替部分星上蓄电池，减小了航天器的质量、体积，延长了寿命，所以本课题的研究具有非常重要的意义。本论文在深入研究了储能飞轮能量释放机理后，采用直流降压斩波原理，设计了一种能量转换控制器，将高速ACESFW存储的动能，经过整流、降压斩波、功率因数校正、稳压转变为稳定直流电能输出。通过仿真和地面试验，结果表明，所设计的能量转换器转换效率高，电压输出稳定，高频纹波小，可以满足星上设备的供电要求。本论文主要进行了以下研究工作：（1）详细分析了飞轮储能系统（Flywheel Energy System，FES）的基本组成、工作原理、国内外发展现状及其应用前景；（2）采用BUCK拓扑结构对ACESFW能量释放部分应用Matlab/Simulink进行了建模、仿真；（3）采用了二极管整流与BUCK变换器相结合的方法，完成了能量转换控制系统硬件系统的设计，在控制算法上设计了PFC部分，使功率因数接近1，改善了能量变换系统的性能；（4）在MSFW-20磁悬浮飞轮系统实验平台上完成了能量释放实验，试验结果表明，所设计的能量转换器 为91％，转换效率可以达到88％，最大输出功率可达到200W，输出稳定的28V电压，可以满足星上大部分设备或载荷的供电要求。最后，对全文的主要研究内容进行了总结，对本方法的优、缺点进行了说明，对进一步研究提出了建议。