一種五自由度主動磁懸浮慣性穩定平臺的製作方法

2023-05-30 08:17:31 1

專利名稱：一種五自由度主動磁懸浮慣性穩定平臺的製作方法
技術領域：
本發明屬於航空遙感技術領域，涉及一種安裝於飛機內部，隔離飛機角運動及振動，實現載荷對地垂直的五自由度磁懸浮慣性穩定平臺，適用於航空遙感、基礎測繪等領域；也可用於車載、艦載等伺服跟蹤。
背景技術：
航空遙感三軸慣性穩定平臺是機載對地觀測的關鍵設備之一，其功能是支承成像載荷並隔離飛行載體三個方向姿態角運動及外部擾動，使成像載荷視軸在慣性空間內始終跟蹤並垂直於當地水平，提高成像解析度。然而由於航空應用環境的限制，慣性穩定平臺結構上需要同時具有體積小、重量輕和承載比大等特點，因此設計上需要在滿足動靜態性能的前提下進行緊湊性優化設計。
在現有的航空慣性穩定平臺設計中，然而現有慣性穩定平臺存在許多不足，總體表現為在體積、負載/自重比、精度等方面的系統性不足，即難以找到集以上各方面優點為一體的產品。由於商品化等因素影響，國外體積小重量輕的產品往往精度較低、承載力小，而精度高的產品又往往體積和重量較大；另外，許多產品國外穩定平臺的代表如瑞士 Leica公司的PAV30及最新的產品PAV80，國內穩定平臺如專利200910089155. 6和201110214640. 9等，其框架軸系都是採用純機械支撐，當承載大負載時，各框架軸承承擔的壓力很大，因此增大了機械軸承的摩擦力，當各框架軸進行轉動控制負載姿態時，該摩擦力會進一步影響控制精度。方位框與平臺本體直接接觸，無法實現姿態微調，導致其精度難以進一步提聞。

發明內容
本發明的技術解決問題是針對航空遙感三軸慣性穩定平臺中的不足，提出一種精度高、大負載、質量輕的五自由度磁懸浮慣性穩定平臺。本發明的技術解決方案是一種五自由度主動磁懸浮慣性穩定平臺包括平臺框架系統、驅動系統、減震系統、磁懸浮支撐系統、慣性測量系統和轉角測量系統；平臺框架系統自下而上依次為底板、底座、橫滾框、俯仰下框、俯仰框、方位下框、方位框組成；慣性穩定平臺工作時，相機置於方位框之上；橫滾框的迴轉軸沿著飛機的飛行方向，用以隔離飛機的橫滾角運動；俯仰框的迴轉軸沿飛機機翼方向，用以隔離飛機的俯仰角運動；方位框的迴轉軸垂直向下，用以隔離飛機的方位角運動；底板與飛機固連，底座通過減震系統與底板固連在一起；底座上固定兩個橫滾框支座，橫滾框通過同軸安裝在橫滾支座上的兩個橫滾軸上，實現橫滾框繞橫滾軸的自由旋轉；俯仰框通過同軸安裝在橫滾框上的兩個俯仰軸，實現俯仰框繞橫滾框的自由旋轉；方位框則通過磁懸浮支撐系統實現方位框相對俯仰框的主動五自由度懸浮；俯仰下框通過螺釘緊固於俯仰框底部，方位下框緊固於方位框底部；方位框的轉軸、俯仰軸、橫滾軸相互正交；驅動系統包括橫滾框驅動系統、俯仰框驅動系統和方位框驅動系統；橫滾框驅動系統由橫滾力矩電機、橫滾行星齒輪減速器、橫滾減速器齒輪、橫滾齒輪依次串接而成；俯仰框驅動系統由俯仰力矩電機、俯仰行星齒輪減速器、俯仰減速器齒輪、俯仰齒輪依次串接而成；方位驅動系統則由永磁同步力矩電機實現對方位組件的直驅，其中電機定子安裝於俯仰下框，電機轉子安裝於方位框；減震系統由固連在底板與底座之間的四個金屬減震器構成，對稱安裝於四個角；磁懸浮支撐系統包括磁軸承組件和磁軸承保護塊、磁軸承傳感器，磁軸承組件包括軸向磁軸承定子、軸向磁軸承轉子、徑向磁軸承定子、徑向磁軸承轉子，軸向磁軸承定子通過螺釘緊固於俯仰框和俯仰下框，軸向磁軸承轉子緊固於方位框，徑向磁軸承定子緊固於俯仰下框，徑向磁軸承轉子安裝在方位框，磁軸承保護塊安裝在俯仰下框中，磁軸承傳感器安裝在俯仰下框；慣性測量系統包括X向陀螺、Y向陀螺、Z向陀螺、X向加速度計和Y向加速度計及磁羅盤);其中X向陀螺和Y向陀螺通過正交式橫滾俯仰陀螺支架安裝在俯仰下框上，Z向陀螺安裝在方位下框上，X向加速度計、Y向加速度計通過正交式加計支架安裝在俯仰下框上；磁羅盤安裝在方位下框底部；所述X向陀螺敏感軸沿橫滾軸方向，Y向陀螺敏感軸沿俯仰軸方向，Z向陀螺敏感軸沿方位框轉軸方向，X向加速度計敏感軸與橫滾軸方向正交，Y向加速度計敏感軸與俯仰軸方向正交；轉角測量系統由兩個碼盤，即橫滾碼盤、俯仰碼盤和光柵尺組成；其中橫滾碼盤直接安裝於橫滾軸外端，測量橫滾框相對底座的轉角；俯仰碼盤直接安裝於俯仰軸外端，測量俯仰框相對於橫滾框的轉角；光柵尺安裝於方位下框與俯仰下框之間，測量方位框相對於俯仰框的轉 角。所述橫滾框結構為懸掛整體式密閉結構，迴轉軸沿飛機飛行方向；俯仰下框、俯仰框、方位下框和方位框設計成中空的環型結構；所述橫滾驅動系統、俯仰驅動系統為一級行星齒輪減速、二級齒輪減速的二級間接驅動方式；方位框驅動系統為力矩電機直驅，所採用的力矩電機為HALBACH磁體結構永磁同步力矩電機。所述橫滾齒輪和俯仰齒輪均非整個齒輪，而是採取扇形齒輪方式，結構更加緊湊。所述磁懸浮支撐系統中軸向採用不對稱結構，利用永磁磁通克服部分重力，為減小磁軸承損耗，採取永磁偏置混合磁軸承技術方案，承重通道上方和下方各放置有不等數量的軸向磁軸承定子，使上下有軸向磁軸承定子位置正對以控制轉子扭轉；徑向採用平臺徑向正交方向放置單通道徑向磁軸承定子，可進行差動控制；所述磁懸浮支撐系統中圓周分布的磁軸承保護塊，產生軸向磁軸承定子與軸向磁軸承轉子，徑向磁軸承定子與徑向磁軸承轉子之間的保護間隙，用來保護磁懸浮支撐系統；磁軸承傳感器圓周分布，用來探測軸向間隙及徑向間隙。所述X向陀螺、Y向陀螺、Z向陀螺為速率陀螺；所述X向加速度計、Y向加速度計為石英撓性加速度計；方位下框底部的磁羅盤，提供了對方位框航向角的測量，實現了方位框相對於地面航跡的測量與控制。所述底板、底座、橫滾框、俯仰下框、俯仰框、方位下框和方位框材料為超硬鋁。所述橫滾軸、俯仰軸及橫滾齒輪、俯仰齒輪、磁軸承保護塊材料為不鏽鋼。本發明的原理是三軸慣性穩定平臺三框架系統，由外至內分別是橫滾框、俯仰框和方位框。橫滾框的迴轉軸沿著飛機的飛行方向，用以隔離飛機的橫滾角運動；俯仰框的迴轉軸沿飛機機翼方向，用以隔離飛機的俯仰角運動；方位框的迴轉軸垂直向下，用以隔離飛機的方位角運動；各迴轉軸均以順時針旋轉為正。由於相機的鏡頭需要垂直向下，所以方位框設計成中空的環型結構，工作時相機安裝在方法框上，通過外部伺服控制系統根據監測的平臺角運動信息，按照一定的控制算法實時解算處的穩定平臺相對確定。如圖10所示，Mr為橫滾驅動系統，Mp為俯仰框驅動系統，Ma為方位框驅動系統；GX為X向陀螺，敏感橫滾框沿橫滾軸相對於慣性空間的轉動角速度，Gy為Y向陀螺，敏感俯仰框沿俯仰軸相對於慣性空間的轉動角速度，GzSZ向陀螺，敏感方位框沿方位軸相對於慣性空間的轉動角速度；AX、Ay為安裝在俯仰框上的加速度計，其中Ax為X向加計，敏感橫滾框的旋轉加速度，Ay為Y向加計，敏感俯仰框的旋轉加速度；RX、Ry> Rz為測量框架間相對轉角兩支碼盤和光柵尺，其中，Rx為橫滾碼盤，用於測量橫滾框相對於機座的轉動角度，Ry為俯仰碼盤，用於測量俯仰框相對於橫滾框的轉動角度，Rz為光柵尺，用於測量方位框相對於俯仰框的轉動角度；&、Kp、Ka分別為橫滾框架、俯仰框架和方位框架的功率驅動模塊；伺服控制系統根據速率陀螺敏感到的框架角速率信息和加速度計、磁羅盤測量出的姿態信息產生控制信號，控制信號經過功率驅動模塊轉換為電壓信號給力矩電機，力矩電機輸出驅動力矩，通過三套驅動系統反向驅動三個框架轉動，實現抵消幹擾力矩，實時跟蹤和穩定遙感載荷視軸的目的； 方位框採取「磁懸浮軸承支承+力矩電機直驅」的五自由度全懸浮方案，且能主動控制方位框扭轉，實現微調，提高平臺穩定精度。方位框所用磁軸承採用「軸向+徑向」五自由度永磁偏置磁軸承結構形式。其中，軸向磁軸承用於承擔負載重力並實現扭動控制，徑向磁軸承用於克服徑向幹擾力及平臺扭轉時重力在方位框徑向方向的分量。本發明與現有技術相比的優點在於(I)本發明的結構實現了精度高、大負載、質量輕的優點。(2)本發明採用五自由度磁軸承實現了方位框的主動懸浮，減小了摩擦同時又能對方位框主動控制，實現方位框的姿態微調，有助於平臺承載能力的提高及進一步控制精度的提聞。(3)本發明中的磁懸浮支撐系統中，位於下方的軸向磁軸承定子和徑向磁軸承定子位於同一平面內，間隙布置，有效地減小了平臺體積。(4)本發明橫滾驅動系統、俯仰驅動系統為力矩電機、一級行星齒輪減速、二級齒輪減速的間接驅動方式，在保證結構緊湊前提下，增大了減速比，而且力矩大、響應快，有利於進一步控制精度的提聞。(5)本發明方位驅動採用直驅力矩電機，電機轉子極數較多，可有效降低電機軛部的厚度，有利於電機轉矩密度的提高，降低方位電機的重量，從而減輕平臺整體重量。(6)本發明的橫滾齒輪和俯仰齒輪均非整個齒輪，而是採取扇形齒輪方式，結構更加緊湊。(7)本發明的整體結構採用懸掛式密閉框式結構，提高了整體剛度，減小了體積和質量。( 8 )本發明的主要框架結構材料選用了超硬鋁，在保證平臺結構性能前提下，儘量減小其質量。


圖I為本發明的慣性穩定平臺三維及XYZ坐標圖示；
圖2為本發明的慣性穩定平臺A-A剖視圖；圖3為本發明的慣性穩定平臺B-B剖視圖；圖4為本發明的慣性穩定平臺C-C剖視圖；圖5為本發明的慣性穩定平臺俯仰框組件三維視圖；圖6為本發明的慣性穩定平臺方位框組件三維視圖；圖7為本發明的慣性穩定平臺底板底座組件三維視圖；圖8本發明的慣性穩定平臺橫滾框三維視圖；圖9為本發明的慣性穩定平臺磁軸承結構視圖，其中a為軸向磁軸承截面示意圖，b為軸向磁軸承俯視圖，c為軸向磁軸承仰視圖，d為徑向磁軸承截面示意·
圖10為本發明的慣性穩定平臺原理示意圖。
具體實施例方式如圖1、2、3、4、5、6、7、8、9、10所不,本發明是一種五自由度主動磁懸浮慣性穩定平臺，它由平臺框架系統、驅動系統、減震系統、磁懸浮支撐系統、慣性測量系統、轉角測量系統；其中OXYZ為本平臺的空間坐標系，X向為飛機飛行方向，Y向為機翼方向，Z向垂直於大地；平臺框架系統自下而上依次為底板101、底座102、橫滾框103、俯仰下框104、俯仰框105、方位下框106、方位框107組成；慣性穩定平臺工作時，相機108置於方位框107之上；橫滾框103的迴轉軸沿著飛機的飛行方向，用以隔離飛機的橫滾角運動；俯仰框105的迴轉軸沿飛機機翼方向，用以隔離飛機的俯仰角運動；方位框107的迴轉軸垂直向下，用以隔離飛機的方位角運動；底板101與飛機固連，底座102通過減震系統與底板101固連在一起；底座102上固定兩個橫滾框支座102-1，橫滾框103通過同軸安裝在橫滾支座102-1上的兩個橫滾軸103-1上，實現橫滾框103繞橫滾軸103-1的自由旋轉；俯仰框105通過同軸安裝在橫滾框103上的兩個俯仰軸105-1，實現俯仰框105繞橫滾框103的自由旋轉；方位框107則通過磁懸浮支撐系統實現方位框107相對俯仰框105的五自由度懸浮；俯仰下框104通過螺釘緊固於俯仰框105底部，方位下框106緊固於方位框107底部；方位框107的轉軸、俯仰軸105-1、橫滾軸103-1相互正交；驅動系統包括橫滾框驅動系統、俯仰框驅動系統和方位框驅動系統；橫滾框驅動系統由橫滾力矩電機211、橫滾行星齒輪減速器212、橫滾減速器齒輪213、橫滾齒輪214依次串接而成；俯仰框驅動系統由俯仰力矩電機221、俯仰行星齒輪減速器222、俯仰減速器齒輪223、俯仰齒輪224依次串接而成；方位驅動系統則由永磁同步力矩電機實現對方位組件的直驅，其中電機定子231安裝於俯仰下框104，電機轉子232安裝於方位框107 ;減震系統由固連在底板101與底座102之間的四個金屬減震器301構成，對稱安裝於底板101四個角；磁懸浮支撐系統包括磁軸承組件40和磁軸承保護塊405、磁軸承傳感器406，磁軸承組件40包括軸向磁軸承定子401、軸向磁軸承轉子402、徑向磁軸承定子403、徑向磁軸承轉子404，軸向磁軸承定子401通過螺釘緊固於俯仰框105和俯仰下框104，軸向磁軸承轉子402緊固於方位框107，徑向磁軸承定子403緊固於俯仰下框104，徑向磁軸承轉子404安裝在方位框107，磁軸承保護塊405安裝在俯仰下框104中，磁軸承傳感器406安裝在俯仰下框104 ;慣性測量系統包括X向陀螺501、Y向陀螺502、Z向陀螺503、X向加速度計504和Y向加速度計505及磁羅盤506 ;其中X向陀螺501和Y向陀螺502通過正交式橫滾俯仰陀螺支架507安裝在俯仰下框104上，Z向陀螺503安裝在方位下框106上，X向加速度計504、Y向加速度計505通過正交式加計支架508安裝在俯仰下框104上；磁羅盤506安裝在方位下框106底部；所述X向陀螺501敏感軸沿橫滾軸103-1方向，Y向陀螺502敏感軸沿俯仰軸105-1方向，Z向陀螺503敏感軸沿方位框107轉軸方向，X向加速度計504敏感軸與橫滾軸103-1方向正交，Y向加速度計505敏感軸與俯仰軸105-1方向正交；轉角測量系統由兩個碼盤，即橫滾碼盤601、俯仰碼盤602和光柵尺603組成；其中橫滾碼盤601直接安裝於橫滾軸103-1外端,測量橫滾框103相對底座102的轉角；俯仰碼盤602直接安裝於俯仰軸105-1外端，測量俯仰框105相對於橫滾框103的轉角；光柵尺603安裝於方位下框106與俯仰下框104之間，測量方位框107相對於俯仰框105的轉角。本發明通過伺服控制系統根據監測的平臺角運動信息，按照一定的控制算法(如PID控制算法)實時解算處的穩定平臺相對確定。如圖1、2、3、4、5、6、8所示，橫滾框103結構為懸掛整體式密閉結構，迴轉軸沿飛機飛行方向；俯仰下框104、俯仰框105、方位下框106和方位框107設計成中空的環型結構。如圖2、3、4所示，橫滾驅動系統、俯仰驅動系統為一級行星齒輪減速、二級齒輪減速的二級間接驅動方式；方位框驅動系統為力矩電機直驅，所採用的力矩電機為HALBACH 磁體結構永磁同步力矩電機。如圖5、7所示，橫滾齒輪214和俯仰齒輪224均非整個齒輪，而是採取扇形齒輪方式，結構更加緊湊。如圖2、3、5、9所示，軸向磁軸承用於承擔負載重力，需要具有較大的承載能力，而在穩定平臺中由於平臺總體質量受限，要求磁軸承具有小體積大承載力的特點，因此磁懸浮支撐系統中軸向採用不對稱結構，利用永磁磁通克服部分重力，為減小磁軸承損耗，採取永磁偏置混合磁軸承技術方案，在承重通道上方和下方各放置數量不等的軸向磁軸承定子401，上下有軸向磁軸承定子401正對，用來控制軸向磁軸承轉子402扭轉；徑向磁軸承用於克服平臺徑向幹擾力及框架扭轉時重力在方位框徑向方向的分量，採用平臺徑向正交方向放置單通道徑向磁軸承定子403，可兩兩進行差動控制；承重通道下方的軸向磁軸承定子401和徑向磁軸承定子403位於同一平面內，間隔分布，有效減小了平臺的體積；方位框107的五個自由度由磁懸浮支撐系統提供，其中軸向磁軸承定子401和軸向磁軸承轉子402共同提供方位框107的X、Y向的扭動和Z向平動；徑向磁軸承定子403和徑向磁軸承轉子404共同提供方位框107的X、Y向平動。如圖2、5所示，磁懸浮支撐系統中圓周分布的磁軸承保護塊405，產生軸向磁軸承定子401與軸向磁軸承轉子402，以及徑向磁軸承定子403與徑向磁軸承轉子404之間的保護間隙，用來保護磁懸浮支撐系統，防止磁軸承定子和轉子接觸碰撞；磁軸承傳感器406圓周分布，用來探測軸向間隙及徑向間隙，為磁軸承控制提供所需信號。如圖4、5所示，X向陀螺501、Υ向陀螺502、Ζ向陀螺503為速率陀螺；所述X向加速度計504、Υ向加速度計505為石英撓性加速度計；方位下框(106)底部的磁羅盤(506)，提供了對方位框(107)航向角的測量，實現了方位框(107)相對於地面航跡的測量與控制。平臺框架系統包括底板101、底座102、橫滾框103、俯仰下框104、俯仰框105、方位下框106和方位框107材料為超硬鋁；橫滾軸103-1、俯仰軸105-1及橫滾齒輪214、俯仰齒輪224、磁軸承保護塊405材料為不鏽鋼。本發明說明書中未作詳細描述的內容屬於本領域專業技術人員公知的現有技術。
權利要求
1.一種五自由度主動磁懸浮慣性穩定平臺，其特徵在於包括平臺框架系統、驅動系統、減震系統、磁懸浮支撐系統、慣性測量系統和轉角測量系統； 平臺框架系統自下而上依次為底板(101 )、底座(102)、橫滾框(103)、俯仰下框(104)、俯仰框(105)、方位下框(106)、方位框(107)組成；慣性穩定平臺工作時，相機(108)置於方位框(107)之上；橫滾框(103)的迴轉軸沿著飛機的飛行方向，用以隔離飛機的橫滾角運動；俯仰框(105)的迴轉軸沿飛機機翼方向，用以隔離飛機的俯仰角運動；方位框(107)的迴轉軸垂直向下，用以隔離飛機的方位角運動；底板(101)與飛機固連，底座(102)通過減震系統與底板(101)固連在一起；底座(102)上固定兩個橫滾框支座(102-1 )，橫滾框(103)通過同軸安裝在橫滾支座(102-1)上的兩個橫滾軸(103-1)上，實現橫滾框(103)繞橫滾軸(103-1)的自由旋轉；俯仰框(105)通過同軸安裝在橫滾框(103)上的兩個俯仰軸(105-1),實現俯仰框(105)繞橫滾框(103)的自由旋轉；方位框(107)則通過磁懸浮支撐系統實現方位框(107)相對俯仰框(105)的主動五自由度懸浮；俯仰下框(104)通過螺釘緊固於俯仰框(105)底部，方位下框(106)緊固於方位框(107)底部；方位框(107)的轉軸、俯仰軸(105-1)、橫滾軸(103-1)相互正交； 驅動系統包括橫滾框驅動系統、俯仰框驅動系統和方位框驅動系統；橫滾框驅動系統由橫滾力矩電機(211)、橫滾行星齒輪減速器(212)、橫滾減速器齒輪(213)、橫滾齒輪(214)依次串接而成；俯仰框驅動系統由俯仰力矩電機(221)、俯仰行星齒輪減速器(222)、俯仰減速器齒輪(223)、俯仰齒輪(224)依次串接而成；方位驅動系統則由永磁同步力矩電機實現對方位組件的直接驅動，永磁同步力矩電機中電機定子(231)安裝於俯仰下框(104)，電機轉子(232)安裝於方位框(107)上； 減震系統由固連在底板(101)與底座(102)之間的四個金屬減震器(301)構成，對稱安裝於底板(101)四個角； 磁懸浮支撐系統包括磁軸承組件(40)、磁軸承保護塊(405)、磁軸承傳感器(406);磁軸承組件(40)包括軸向磁軸承定子(401)、軸向磁軸承轉子(402)、徑向磁軸承定子(403)和徑向磁軸承轉子(404);軸向磁軸承定子(401)通過螺釘緊固於俯仰框(105)和俯仰下框(104)，軸向磁軸承轉子(402 )緊固於方位框(107 )，徑向磁軸承定子(403 )緊固於俯仰下框(104)，徑向磁軸承轉子(404)安裝在方位框(107)，磁軸承保護塊(405)安裝在俯仰框(105)中，磁軸承傳感器(406)安裝在俯仰下框(104)； 慣性測量系統包括X向陀螺(501)、Y向陀螺(502 )、Z向陀螺(503 )、X向加速度計(504 )和Y向加速度計(505)及磁羅盤(506);其中X向陀螺(501)和Y向陀螺(502)通過正交式橫滾俯仰陀螺支架(507)安裝在俯仰下框(104)上，Z向陀螺(503)安裝在方位下框(106)上，X向加速度計(504)、Y向加速度計(505)通過正交式加計支架(508)安裝在俯仰下框(104)上；磁羅盤(506)安裝在方位下框(106)底部；所述X向陀螺(501)敏感軸沿橫滾軸(103-1)方向，Y向陀螺(502 )敏感軸沿俯仰軸(105-1)方向，Z向陀螺(503 )敏感軸沿方位框(107)轉軸方向，X向加速度計(504)敏感軸與橫滾軸(103-1)方向正交，Y向加速度計(505)敏感軸與俯仰軸(105-1)方向正交； 轉角測量系統由兩個碼盤，即橫滾碼盤(601)、俯仰碼盤(602)和光柵尺(603)組成；其中橫滾碼盤(601)直接安裝於橫滾軸(103-1)外端，測量橫滾框(103)相對底座(102)的轉角；俯仰碼盤(602)直接安裝於俯仰軸(105-1)外端，測量俯仰框(105)相對於橫滾框(103)的轉角；光柵尺(603)安裝於方位下框(106)與俯仰下框(104)之間，測量方位框(107)相對於俯仰框(105)的轉角。
2.根據權利要求I所述的一種五自由度主動磁懸浮慣性穩定平臺，其特徵在於所述橫滾框(103)結構為懸掛整體式密閉結構，迴轉軸沿飛機飛行方向；俯仰下框(104)、俯仰框(105)、方位下框(106)和方位框(107)設計成中空的環型結構。
3.根據權利要求I所述的一種五自由度主動磁懸浮慣性穩定平臺，其特徵在於所述橫滾驅動系統、俯仰驅動系統為一級行星齒輪減速、二級齒輪減速的二級間接驅動方式；方位框驅動系統為力矩電機直驅，所採用的力矩電機為HALBACH磁體結構永磁同步力矩電 機。
4.根據權利要求I所述的一種五自由度主動磁懸浮慣性穩定平臺，其特徵在於所述橫滾齒輪(214)和俯仰齒輪(224)均非整個齒輪，而是採取扇形齒輪方式，結構更加緊湊。
5.根據權利要求I所述的一種五自由度主動磁懸浮慣性穩定平臺，其特徵在於磁懸浮支撐系統中軸向採用不對稱結構，利用永磁磁通克服部分重力，為減小磁軸承損耗，採取永磁偏置混合磁軸承技術方案，即所述軸向磁軸承定子(401)在承重通道上下分別不等個數放置；磁懸浮支撐系統的徑向採用正交方向放置單通道徑向磁軸承定子(403)，能夠進行差動控制。
6.根據權利要求I所述的一種五自由度主動磁懸浮慣性穩定平臺，其特徵在於所述磁懸浮支撐系統中圓周分布的磁軸承保護塊(405)，產生軸向磁軸承定子(401)與軸向磁軸承轉子(402 )、徑向磁軸承定子(403 )與徑向磁軸承轉子(404)之間的保護間隙，用來保護磁懸浮支撐系統；磁軸承傳感器(406)圓周分布，用來探測軸向間隙和徑向間隙。
7.根據權利要求I所述的一種五自由度主動磁懸浮慣性穩定平臺，其特徵在於所述X向陀螺(501)、Y向陀螺(502)和Z向陀螺(503)為速率陀螺；所述X向加速度計(504)和Y向加速度計(505)為石英撓性加速度計；方位下框(106)底部的磁羅盤(506)，提供了對方位框(107)航向角的測量，實現了方位框(107)相對於地面航跡的測量與控制。
8.根據權利要求I所述的一種五自由度主動磁懸浮慣性穩定平臺，其特徵在於所述底板(101)、底座(102)、橫滾框(103)、俯仰下框(104)、俯仰框(105)、方位下框(106)和方位框(107)的材料為超硬鋁。
9.根據權利要求I所述的一種五自由度主動磁懸浮慣性穩定平臺，其特徵在於所述橫滾軸(103-1)、俯仰軸(105-1)、橫滾齒輪(214)、俯仰齒輪(224)和磁軸承保護塊(405 )材料為不鏽鋼。
全文摘要
一種五自由度主動磁懸浮慣性穩定平臺，包括平臺框架系統、驅動系統、減震系統、磁懸浮支撐系統、慣性測量系統、轉角測量系統；驅動系統根據控制指令實現飛機角運動的隔離；減震系統隔離飛機高頻線振動；磁懸浮支撐系統實現了方位框架五自由度全主動懸浮，隔離飛機低頻振動，減小摩擦，提高承載能力，且能主動控制方位框架扭轉，有效提高平臺穩定精度；慣性測量系統和轉角測量系統監測飛機角運動引起的平臺角運動信息。本發明實現了主動磁懸浮技術在慣性穩定平臺中的應用，有效隔離了飛機角運動及振動，提高了平臺承載能力及穩定精度，適用於航空遙感、目標跟蹤等。
文檔編號G01C21/18GK102818569SQ20121032186
公開日2012年12月12日 申請日期2012年9月3日 優先權日2012年9月3日
發明者房建成, 周向陽, 張鈺, 王春娥, 劉剛, 鍾麥英, 張建斌, 李貝 申請人:北京航空航天大學