范 达，范春石，贺 杨，宋 坚，张 南

（中国空间技术研究院 钱学森空间技术实验室，北京 100094）

磁化悬浮-感应驱动型动量球系统

范 达，范春石，贺 杨，宋 坚，张 南

（中国空间技术研究院 钱学森空间技术实验室，北京 100094）

磁悬浮动量球是一种高功能密度比的微小卫星三轴姿控部件。磁悬浮与驱动原理的选择、磁极拓扑结构的布局以及传感方式的选用，从悬浮-旋转兼容性和空间结构干涉性上制约着磁悬浮动量球的可实现性。提出了一种新型的悬浮-旋转解耦、结构简单紧凑的磁化悬浮-感应驱动型动量球系统，以单轴实现为例详细论述了系统组成与工作原理，对子模块的设计、硬件实现与建模开展了研究。针对开环不稳定悬浮系统，提出一种基于构造法的控制参数设计方法，并给出了系统的三轴拓展方式。仿真和实验结果表明，该系统可以实现悬浮与旋转功能，悬浮球体在有旋转和无旋转时的位移稳定度分别约为1.6 μm和4.7 μm，球形转子的转速可达720 r/min。

磁悬浮；动量球；三轴姿控；磁化悬浮；感应驱动

微小卫星的发展对高功能密度比的空间姿控部件提出了新需求，磁悬浮动量球是一种新型的角动量交换部件，它采用磁悬浮轴承代替传统的机械轴承实现球体悬浮，并通过控制旋转磁场的矢量方向使悬浮球体可沿任意轴进行旋转，从而实现悬浮球体与星体在任意方向上的角动量交换。动量球以其“以一代三”的万向角动量交换的特点，使其有潜力替代传统的飞轮或动量轮成为未来空间姿控的主流部件。……