專利名稱：一種基于阻尼技術(shù)的被動(dòng)控制穩(wěn)定平臺(tái)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型采取被動(dòng)控制的穩(wěn)定方式搭載大重量與大體積的電子設(shè)備及天線在國(guó)內(nèi)尚屬首例。基于阻尼技術(shù)的被動(dòng)控制穩(wěn)定平臺(tái)具有廣闊的應(yīng)用前景，可用于吊掛預(yù)警雷達(dá)、通信系統(tǒng)、成像系統(tǒng)等載荷，進(jìn)行預(yù)警探測(cè)、大容量通信和安防保障。
背景技術(shù)：
美國(guó)在20世紀(jì)60、70年代即開(kāi)始研制系留氣球，并搭載雷達(dá)系統(tǒng)于低空警戒。因系留氣球在空中的姿態(tài)不穩(wěn)定性，必須利用穩(wěn)定平臺(tái)來(lái)隔離氣球姿態(tài)角運(yùn)動(dòng)，降低氣球姿態(tài)變化對(duì)天線波束指向影響。穩(wěn)定平臺(tái)是以系留氣球?yàn)檩d體，用以搭載雷達(dá)電子設(shè)備或天線等，用于低空、超低空預(yù)警，對(duì)海警戒和對(duì)邊境淺縱深地區(qū)的偵察監(jiān)視，是空中預(yù)警飛機(jī)和地面雷達(dá)網(wǎng)的良好補(bǔ)充。穩(wěn)定平臺(tái)作為浮空預(yù)警探測(cè)系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一，其具有水平穩(wěn)定、實(shí)時(shí)定北和驅(qū)動(dòng)三大功能。穩(wěn)定平臺(tái)從控制方式上可劃分為主動(dòng)控制式與被動(dòng)控制式兩種類型。主動(dòng)控制式穩(wěn)定平臺(tái)是在平臺(tái)轉(zhuǎn)軸上施加動(dòng)力，主動(dòng)控制轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)角來(lái)抵消載體姿態(tài)的變化，以保持載荷姿態(tài)的穩(wěn)定；被動(dòng)控制式穩(wěn)定平臺(tái)是利用耗能裝置將載荷姿態(tài)變化產(chǎn)生的機(jī)械能迅速消耗轉(zhuǎn)化，從而把載荷的姿態(tài)穩(wěn)定在要求的范圍內(nèi)。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種基于阻尼技術(shù)的被動(dòng)控制穩(wěn)定平臺(tái)，采取被動(dòng)控制的穩(wěn)定方式搭載大重量與大體積的電子設(shè)備及天線。本實(shí)用新型采用以下技術(shù)方案解決上述技術(shù)問(wèn)題的一種基于阻尼技術(shù)的被動(dòng)控制穩(wěn)定平臺(tái)，包括主體承力框架，主體承力框架包括定機(jī)座、動(dòng)機(jī)座、法蘭盤及轉(zhuǎn)盤軸承，定機(jī)座與動(dòng)機(jī)座可轉(zhuǎn)動(dòng)的連接在一起，所述法蘭盤通過(guò)轉(zhuǎn)盤軸承安裝在動(dòng)機(jī)座上，還包括阻尼穩(wěn)定系統(tǒng)，所述阻尼穩(wěn)定系統(tǒng)為粘滯流體阻尼器，粘滯流體阻尼器安裝在定機(jī)座與動(dòng)機(jī)座之間。本實(shí)用新型進(jìn)一步具體為還包括由電機(jī)驅(qū)動(dòng)的齒輪傳動(dòng)鏈、姿態(tài)測(cè)量組合以及伺服控制系統(tǒng)；所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)的齒輪傳動(dòng)鏈由電機(jī)、主動(dòng)齒輪及轉(zhuǎn)盤軸承的外齒輪組成，電機(jī)安裝在動(dòng)機(jī)座上，其輸出軸上固定主動(dòng)齒輪，主動(dòng)齒輪與轉(zhuǎn)盤軸承的外齒輪嚙合，所述法蘭盤與轉(zhuǎn)盤軸承的外圈固定，動(dòng)機(jī)座與轉(zhuǎn)盤軸承的內(nèi)圈固定；姿態(tài)測(cè)量組合包括安裝在動(dòng)機(jī)座上的光纖陀螺羅經(jīng)和旋轉(zhuǎn)變壓器，其中旋轉(zhuǎn)變壓器通過(guò)雙片齒輪與轉(zhuǎn)盤軸承的外齒輪發(fā)生嚙合；伺服控制系統(tǒng)安裝在動(dòng)機(jī)座上，其輸入端連接光纖陀螺羅經(jīng)和旋轉(zhuǎn)變壓器，輸出端連接電機(jī)。所述伺服控制系統(tǒng)包括安裝有伺服控制程序的控制分機(jī)，控制分機(jī)內(nèi)安裝控制器、驅(qū)動(dòng)器、電源模塊，光纖陀螺羅經(jīng)和旋轉(zhuǎn)變壓器的數(shù)據(jù)輸出到控制器，通過(guò)控制器控制驅(qū)動(dòng)器來(lái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)。所述定機(jī)座與動(dòng)機(jī)座通過(guò)十字聯(lián)軸節(jié)連接在一起。動(dòng)機(jī)座包括底盤以及固定在底盤中心位置的柱體，定機(jī)座的底端與動(dòng)機(jī)座的柱體的頂端通過(guò)十字聯(lián)軸節(jié)連接在一起。所述十字聯(lián)軸節(jié)包括主體，以及插于主體橫向通孔中的橫軸和插于主體縱向通孔中的縱軸，橫軸和縱軸異面垂直，橫軸的兩端分別固定在所述動(dòng)機(jī)座上，縱軸的兩端分別固定在定機(jī)座上。所述阻尼穩(wěn)定系統(tǒng)包括四套粘滯流體阻尼器，四套粘滯流體阻尼器對(duì)稱安裝在定機(jī)座與動(dòng)機(jī)座的四角之間。所述粘滯流體阻尼器的兩端分別鉸接在定機(jī)座與動(dòng)機(jī)座上。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于由異面垂直的十字聯(lián)軸節(jié)連接組成二自由度承力框架結(jié)構(gòu)，十字聯(lián)軸節(jié)加工簡(jiǎn)單，裝配方便；采用粘滯流體阻尼器，氣球姿態(tài)發(fā)生變化時(shí)，在粘滯流體阻尼器被動(dòng)拉伸或壓縮的同時(shí)將天線擺動(dòng)的機(jī)械能消耗轉(zhuǎn)化而起到穩(wěn)定天線的作用，并且也可以采用四套粘滯流體阻尼器對(duì)稱布置，雙向作用，因此可同時(shí)發(fā)生耗能作用，減小了粘滯流體阻尼器的單位體積與重量；首次采取被動(dòng)控制的穩(wěn)定方式搭載大重量與大體積的電子設(shè)備及天線，具有廣闊的應(yīng)用前景，可用于吊掛預(yù)警雷達(dá)、通信系統(tǒng)、成像系統(tǒng)等載荷，進(jìn)行預(yù)警探測(cè)、大容量通信和安防保障。

圖1是本實(shí)用新型一種基于阻尼技術(shù)的被動(dòng)控制穩(wěn)定平臺(tái)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本實(shí)用新型中的齒輪傳動(dòng)鏈的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本實(shí)用新型中旋轉(zhuǎn)變壓器檢測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是本實(shí)用新型中十字聯(lián)軸節(jié)結(jié)構(gòu)示意圖。圖5是本實(shí)用新型中伺服控制原理框圖。
具體實(shí)施方式
請(qǐng)參閱圖1至圖3所示，本實(shí)用新型一種基于阻尼技術(shù)的被動(dòng)控制穩(wěn)定平臺(tái)，包括主體承力框架、阻尼穩(wěn)定系統(tǒng)、由電機(jī)驅(qū)動(dòng)的齒輪傳動(dòng)鏈、姿態(tài)測(cè)量組合以及伺服控制系統(tǒng)。所述主體承力框架包括定機(jī)座1、動(dòng)機(jī)座2、十字聯(lián)軸節(jié)3、法蘭盤9及轉(zhuǎn)盤軸承10。定機(jī)座1安裝在系留氣球上，天線或者負(fù)載安裝在法蘭盤9上。動(dòng)機(jī)座2包括底盤以及固定在底盤中心位置的柱體，定機(jī)座1的底端與動(dòng)機(jī)座2的柱體的頂端通過(guò)十字聯(lián)軸節(jié)3連接在一起，形成一個(gè)可在俯仰與橫滾向自由轉(zhuǎn)動(dòng)的二自由度結(jié)構(gòu)框架。所述法蘭盤9通過(guò)轉(zhuǎn)盤軸承10安裝在動(dòng)機(jī)座2上，可相對(duì)于動(dòng)機(jī)座2做全方位向的自由轉(zhuǎn)動(dòng)。具體的，所述法蘭盤9與轉(zhuǎn)盤軸承10的外圈固定，動(dòng)機(jī)座2與轉(zhuǎn)盤軸承10的內(nèi)圈固定。請(qǐng)參閱圖4所示，所述十字聯(lián)軸節(jié)3包括主體32，以及插于主體32橫向通孔中的橫軸34和插于主體32縱向通孔中的縱軸36，橫軸34和縱軸36異面垂直，加工簡(jiǎn)單，裝配方便。橫軸34的兩端分別固定在所述動(dòng)機(jī)座2的柱體的頂端，縱軸36的兩端分別固定在定機(jī)座1底端。阻尼穩(wěn)定系統(tǒng)包括四套可雙向作用的粘滯流體阻尼器4。四套粘滯流體阻尼器4對(duì)稱安裝在定機(jī)座1與動(dòng)機(jī)座2的四角之間。氣球姿態(tài)發(fā)生變化時(shí)，定機(jī)座1與動(dòng)機(jī)座2發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，粘滯流體阻尼器4在被動(dòng)拉伸或壓縮的同時(shí)將天線擺動(dòng)的機(jī)械能消耗轉(zhuǎn)化而起到穩(wěn)定天線的作用；因四套粘滯流體阻尼器4對(duì)稱布置，雙向作用，因此可同時(shí)發(fā)生耗能作用，減小了粘滯流體阻尼器4的單位體積與重量。所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)的齒輪傳動(dòng)鏈由電機(jī)5、主動(dòng)齒輪11及轉(zhuǎn)盤軸承10的外齒輪組成，本實(shí)施例中，有兩個(gè)電機(jī)5，對(duì)稱安裝在動(dòng)機(jī)座2的底座上，電機(jī)5的輸出軸上分別固定主動(dòng)齒輪11，主動(dòng)齒輪11與轉(zhuǎn)盤軸承10的外齒輪嚙合，伺服控制系統(tǒng)連接到電機(jī)5，并控制電機(jī)5工作，通過(guò)主動(dòng)齒輪11與轉(zhuǎn)盤軸承10的外齒輪的嚙合傳動(dòng)而驅(qū)動(dòng)天線按要求進(jìn)行方位轉(zhuǎn)動(dòng)。姿態(tài)測(cè)量組合包括安裝在動(dòng)機(jī)座2的底盤上的光纖陀螺羅經(jīng)7和旋轉(zhuǎn)變壓器6，其中旋轉(zhuǎn)變壓器6通過(guò)雙片齒輪12與轉(zhuǎn)盤軸承10的外齒輪發(fā)生嚙合，并通過(guò)該嚙合傳動(dòng)而檢測(cè)法蘭盤9的方位角度。光纖陀螺羅經(jīng)7輸出動(dòng)機(jī)座2地理坐標(biāo)系下的北向角度，旋轉(zhuǎn)變壓器6檢測(cè)天線相對(duì)動(dòng)機(jī)座2的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，兩者疊加運(yùn)算輸出地理坐標(biāo)系下的雷達(dá)天線方位角；通過(guò)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換得出天線仰角實(shí)時(shí)指向。伺服控制系統(tǒng)8安裝在動(dòng)機(jī)座2的底盤上，伺服控制系統(tǒng)8輸入端連接光纖陀螺羅經(jīng)7和旋轉(zhuǎn)變壓器6，輸出端連接電機(jī)5。伺服控制系統(tǒng)8采用現(xiàn)有的系統(tǒng)，包括控制分機(jī)及安裝在控制分機(jī)內(nèi)的伺服控制程序。請(qǐng)參閱圖5所示，控制分機(jī)內(nèi)安裝控制器、驅(qū)動(dòng)器、電源模塊，控制器、驅(qū)動(dòng)器由單片機(jī)最小系統(tǒng)、RS232、RS422接口、同步串行接口、R/D變換器、A/D轉(zhuǎn)換、PWM功放等組成，光纖陀螺羅經(jīng)7和旋轉(zhuǎn)變壓器6的數(shù)據(jù)輸出到控制器，通過(guò)控制器控制驅(qū)動(dòng)器來(lái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)5的轉(zhuǎn)動(dòng)。方位控制采用經(jīng)典PI控制，測(cè)速機(jī)構(gòu)成速度內(nèi)環(huán)，利用姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)的“空間測(cè)速機(jī)”功能組成數(shù)字速度外環(huán)，雙環(huán)結(jié)構(gòu)將速度穩(wěn)定環(huán)的抗摩擦干擾功能和隔離載體干擾功能分層實(shí)現(xiàn)，有效提高了系統(tǒng)對(duì)干擾的響應(yīng)速度，為實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定平臺(tái)高穩(wěn)定精度高動(dòng)態(tài)響應(yīng)提供保障；采用匯編語(yǔ)言編制軟件，利用其執(zhí)行效率高、響應(yīng)快等特點(diǎn)，完成閉環(huán)組合控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)方位的實(shí)時(shí)補(bǔ)償。所述粘滯流體阻尼器4的技術(shù)參數(shù)的計(jì)算方法如下第一步根據(jù)氣球姿態(tài)情況分析計(jì)算出天線(或其它負(fù)載)因此而產(chǎn)生的機(jī)械能；第二步根據(jù)能量守恒原理計(jì)算能量轉(zhuǎn)化過(guò)程中需要阻尼力F的大??；第三步根據(jù)天線(或其它負(fù)載)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換情況計(jì)算出活塞的運(yùn)動(dòng)速度V ；第四步根據(jù)阻尼介質(zhì)特性系數(shù)α，利用阻尼力學(xué)公式
F 二 cVa計(jì)算出與阻尼器結(jié)構(gòu)形式相關(guān)的阻尼常數(shù)c。
權(quán)利要求1.一種基于阻尼技術(shù)的被動(dòng)控制穩(wěn)定平臺(tái)，包括主體承力框架，主體承力框架包括定機(jī)座、動(dòng)機(jī)座、法蘭盤及轉(zhuǎn)盤軸承，定機(jī)座與動(dòng)機(jī)座可轉(zhuǎn)動(dòng)的連接在一起，所述法蘭盤通過(guò)轉(zhuǎn)盤軸承安裝在動(dòng)機(jī)座上，其特征在于還包括阻尼穩(wěn)定系統(tǒng)，所述阻尼穩(wěn)定系統(tǒng)為粘滯流體阻尼器，粘滯流體阻尼器安裝在定機(jī)座與動(dòng)機(jī)座之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于阻尼技術(shù)的被動(dòng)控制穩(wěn)定平臺(tái)，其特征在于還包括由電機(jī)驅(qū)動(dòng)的齒輪傳動(dòng)鏈、姿態(tài)測(cè)量組合以及伺服控制系統(tǒng)；所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)的齒輪傳動(dòng)鏈由電機(jī)、主動(dòng)齒輪及轉(zhuǎn)盤軸承的外齒輪組成，電機(jī)安裝在動(dòng)機(jī)座上，其輸出軸上固定主動(dòng)齒輪，主動(dòng)齒輪與轉(zhuǎn)盤軸承的外齒輪嚙合，所述法蘭盤與轉(zhuǎn)盤軸承的外圈固定，動(dòng)機(jī)座與轉(zhuǎn)盤軸承的內(nèi)圈固定；姿態(tài)測(cè)量組合包括安裝在動(dòng)機(jī)座上的光纖陀螺羅經(jīng)和旋轉(zhuǎn)變壓器，其中旋轉(zhuǎn)變壓器通過(guò)雙片齒輪與轉(zhuǎn)盤軸承的外齒輪發(fā)生嚙合；伺服控制系統(tǒng)安裝在動(dòng)機(jī)座上，其輸入端連接光纖陀螺羅經(jīng)和旋轉(zhuǎn)變壓器，輸出端連接電機(jī)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于阻尼技術(shù)的被動(dòng)控制穩(wěn)定平臺(tái)，其特征在于所述伺服控制系統(tǒng)包括安裝有伺服控制程序的控制分機(jī)，控制分機(jī)內(nèi)安裝控制器、驅(qū)動(dòng)器、電源模塊，光纖陀螺羅經(jīng)和旋轉(zhuǎn)變壓器的數(shù)據(jù)輸出到控制器，通過(guò)控制器控制驅(qū)動(dòng)器來(lái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于阻尼技術(shù)的被動(dòng)控制穩(wěn)定平臺(tái)，其特征在于所述定機(jī)座與動(dòng)機(jī)座通過(guò)十字聯(lián)軸節(jié)連接在一起。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于阻尼技術(shù)的被動(dòng)控制穩(wěn)定平臺(tái)，其特征在于動(dòng)機(jī)座包括底盤以及固定在底盤中心位置的柱體，定機(jī)座的底端與動(dòng)機(jī)座的柱體的頂端通過(guò)十字聯(lián)軸節(jié)連接在一起。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的一種基于阻尼技術(shù)的被動(dòng)控制穩(wěn)定平臺(tái)，其特征在于所述十字聯(lián)軸節(jié)包括主體，以及插于主體橫向通孔中的橫軸和插于主體縱向通孔中的縱軸，橫軸和縱軸異面垂直，橫軸的兩端分別固定在所述動(dòng)機(jī)座上，縱軸的兩端分別固定在定機(jī)座上。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于阻尼技術(shù)的被動(dòng)控制穩(wěn)定平臺(tái)，其特征在于所述阻尼穩(wěn)定系統(tǒng)包括四套粘滯流體阻尼器，四套粘滯流體阻尼器對(duì)稱安裝在定機(jī)座與動(dòng)機(jī)座的四角之間。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或7所述的一種基于阻尼技術(shù)的被動(dòng)控制穩(wěn)定平臺(tái)，其特征在于所述粘滯流體阻尼器的兩端分別鉸接在定機(jī)座與動(dòng)機(jī)座上。
專利摘要一種基于阻尼技術(shù)的被動(dòng)控制穩(wěn)定平臺(tái)，包括主體承力框架，主體承力框架包括定機(jī)座、動(dòng)機(jī)座、法蘭盤、轉(zhuǎn)盤軸承及阻尼穩(wěn)定系統(tǒng)，定機(jī)座與動(dòng)機(jī)座可轉(zhuǎn)動(dòng)的連接在一起，法蘭盤通過(guò)轉(zhuǎn)盤軸承安裝在動(dòng)機(jī)座上，阻尼穩(wěn)定系統(tǒng)為安裝在定機(jī)座與動(dòng)機(jī)座之間的粘滯流體阻尼器。還包括由電機(jī)驅(qū)動(dòng)的齒輪傳動(dòng)鏈、姿態(tài)測(cè)量組合以及伺服控制系統(tǒng)，姿態(tài)測(cè)量組合包括光纖陀螺羅經(jīng)和旋轉(zhuǎn)變壓器，伺服控制系統(tǒng)的輸入端連接光纖陀螺羅經(jīng)和旋轉(zhuǎn)變壓器，輸出端連接電機(jī)，電機(jī)輸出軸上固定主動(dòng)齒輪，主動(dòng)齒輪與轉(zhuǎn)盤軸承的外齒輪嚙合。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于采用粘滯流體阻尼器將天線擺動(dòng)的機(jī)械能消耗轉(zhuǎn)化而起到穩(wěn)定天線的作用，具有廣闊的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)G05D1/08GK202331207SQ20112047662
公開(kāi)日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2011年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月25日
發(fā)明者李付軍, 王振收, 錢海濤 申請(qǐng)人:中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第三十八研究所