一種小型磁懸浮穩(wěn)定平臺的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及穩(wěn)定跟蹤平臺技術領域和磁懸浮技術領域，可直接應用于各類小型緊湊型的穩(wěn)定跟蹤平臺，具體涉及一種小型磁懸浮穩(wěn)定平臺。
【背景技術】
[0002]穩(wěn)定跟蹤平臺是空基、車、船載等光電系統(tǒng)的重要組成部分。傳統(tǒng)的穩(wěn)定跟蹤平臺由伺服機構和慣性器件反饋實現(xiàn)平臺的慣性穩(wěn)定，但是具有體積大，伺服控制帶寬有限的缺點，往往需要配合被動隔振器，隔離高頻振動干擾。隨著光電穩(wěn)定技術的發(fā)展，傳統(tǒng)的穩(wěn)定跟蹤平臺已經(jīng)不適合要求體積小空間緊湊的系統(tǒng)應用，特別是兩軸的穩(wěn)定跟蹤平臺存在過頂盲區(qū)問題，使得需要在盲區(qū)工作范圍的系統(tǒng)應用受到極大的限制。傳統(tǒng)穩(wěn)定跟蹤平臺通過角速率或者角位置陀螺反饋進行閉環(huán)控制，因此對于控制系統(tǒng)來說是抑制空間角位置和空間角速度干擾，目前尚沒有通過抑制控制角加速度方式的穩(wěn)定平臺，如果能夠從力矩環(huán)直接穩(wěn)定，則可以有效解決兩軸穩(wěn)定跟蹤平臺的過頂盲區(qū)不受控問題。由于磁懸浮技術具有磁路氣隙可調(diào)，阻尼受控，無接觸摩擦，控制帶寬高等優(yōu)點，是抑制角加速度干擾方式穩(wěn)定平臺的理想選擇。
[0003]因此，亟需研制一種小型磁懸浮穩(wěn)定平臺，采用磁懸浮技術從力矩環(huán)直接穩(wěn)定，有效解決控制兩軸穩(wěn)定跟蹤平臺的過頂盲區(qū)，從而克服現(xiàn)有穩(wěn)定跟蹤平臺體積大、控制帶寬低的問題。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種小型磁懸浮穩(wěn)定平臺，從直接抑制干擾力矩的角度出發(fā)，解決隔離載體運動的問題，從而克服現(xiàn)有穩(wěn)定跟蹤平臺體積大、控制帶寬低的問題。
[0005]為了實現(xiàn)這一目的，本發(fā)明采取的技術方案是:
[0006]一種小型磁懸浮穩(wěn)定平臺，包括方位-俯仰兩軸穩(wěn)定轉(zhuǎn)臺，磁懸浮平臺和控制系統(tǒng)，方位-俯仰兩軸穩(wěn)定轉(zhuǎn)臺固定安裝于磁懸浮平臺上，控制系統(tǒng)同時控制磁懸浮平臺的穩(wěn)定懸浮及扭轉(zhuǎn)控制和方位-俯仰兩軸穩(wěn)定轉(zhuǎn)臺的伺服控制；
[0007]磁懸浮平臺實現(xiàn)方位-俯仰兩軸穩(wěn)定轉(zhuǎn)臺與基座姿態(tài)干擾隔離作用；其中動基座與磁軸承動子鐵心環(huán)和磁軸承動子導磁環(huán)之間通過螺絲固定連接，磁軸承的永磁環(huán)粘合在磁軸承動子導磁環(huán)中，磁軸承動子導磁環(huán)與磁軸承動子鐵心環(huán)粘合在一起，線圈纏繞固定在定子導磁環(huán)上，定子導磁環(huán)與定子磁極粘合在一起，磁軸承動子鐵心環(huán)與定子磁極之間為氣隙，第二氣隙位于磁軸承動子鐵心環(huán)的上下兩層之間，力矩器通過螺絲固定連接于定子磁極上，同時具備徑向氣隙保護作用，上電渦流傳感器和下電渦流傳感器分別安裝在力矩器的上下兩面，具有測量徑向位移，并通過差分方式測量扭轉(zhuǎn)角度，下電渦流傳感器通過螺絲連接至定基座。
[0008]小型磁懸浮穩(wěn)定平臺的工作過程如下:磁懸浮平臺的磁軸承系統(tǒng)實現(xiàn)軸向和徑向兩個轉(zhuǎn)動自由度的被動懸浮，兩個徑向方向平動的主動控制懸浮，由此實現(xiàn)磁懸浮平臺5自由度懸浮，并由力矩器實現(xiàn)徑向兩個轉(zhuǎn)動自由度的主動控制；當基座產(chǎn)生徑向兩個轉(zhuǎn)動自由度的干擾時，由于軸向磁軸承氣隙的存在和軸承剛度阻尼參數(shù)的作用，使得磁懸浮平臺的運動角度小于載體的運動角度，實現(xiàn)磁懸浮平臺的中高頻的被動慣性穩(wěn)定；
[0009]當方位-俯仰兩軸穩(wěn)定轉(zhuǎn)臺不工作在過頂盲區(qū)范圍時，由方位-俯仰兩軸穩(wěn)定控制實現(xiàn)基座低頻干擾的穩(wěn)定，當工作在過頂盲區(qū)范圍時，由方位-俯仰兩軸穩(wěn)定轉(zhuǎn)臺的速率陀螺和磁懸浮平臺的力矩器形成閉環(huán)反饋，實現(xiàn)兩軸穩(wěn)定跟蹤轉(zhuǎn)臺的常平架式穩(wěn)定。
[0010]進一步的，如上所述的一種小型磁懸浮穩(wěn)定平臺，控制系統(tǒng)是基于數(shù)字信號處理器和可編程邏輯器件的控制器和基于智能功率模塊的驅(qū)動器。
[0011]進一步的，如上所述的一種小型磁懸浮穩(wěn)定平臺，永磁體所在的動子部分在氣隙處是整環(huán)結構，定子部分分為4個磁極的結構，這4個磁極沿圓周方向均布，線圈纏繞在上下兩組磁極之間的位置以節(jié)省軸向長度空間。
[0012]本發(fā)明提出的一種小型被動磁懸浮穩(wěn)定平臺具有結構尺寸緊湊，穩(wěn)定性高，直接從力矩環(huán)實現(xiàn)平臺慣性穩(wěn)定的作用，且通過在定基座和動基座之間加裝一對吸力型磁環(huán)，提高了軸向磁軸承的剛度，并且不影響磁軸承的扭轉(zhuǎn)剛度，可實現(xiàn)更大的平臺穩(wěn)定角度范圍。
【附圖說明】
[0013]圖1是本發(fā)明的技術方案圖；
[0014]圖2是本發(fā)明磁懸浮平臺的結構示意圖；
[0015]圖3是本發(fā)明的磁軸承截面圖；
[0016]圖4是本發(fā)明的磁軸承端面圖。
[0017]圖中:方位-俯仰兩軸穩(wěn)定跟蹤轉(zhuǎn)臺1、磁懸浮平臺2、控制系統(tǒng)3、動基座4、定基座5、磁軸承動子導磁環(huán)6、磁軸承永磁環(huán)7、磁軸承動子鐵心環(huán)8、氣隙9、第二氣隙10、線圈11、定子導磁環(huán)12、定子磁極13、力矩器14、上電渦流傳感器15、下電渦流傳感器16 ;永磁磁路17，電磁磁路18。
【具體實施方式】
[0018]下面結合附圖對本發(fā)明技術方案進行詳細說明。
[0019]如圖1所示，本發(fā)明一種小型磁懸浮穩(wěn)定平臺，其特征在于:包括方位-俯仰兩軸穩(wěn)定轉(zhuǎn)臺1，磁懸浮平臺2和控制系統(tǒng)3,方位-俯仰兩軸穩(wěn)定轉(zhuǎn)臺I固定安裝于磁懸浮平臺2上,控制系統(tǒng)3同時控制磁懸浮平臺2的穩(wěn)定懸浮及扭轉(zhuǎn)控制和方位-俯仰兩軸穩(wěn)定轉(zhuǎn)臺I的伺服控制。
[0020]如圖2所示，磁懸浮平臺2實現(xiàn)方位-俯仰兩軸穩(wěn)定轉(zhuǎn)臺與基座姿態(tài)干擾隔離作用；其中動基座4與磁軸承動子鐵心環(huán)8和磁軸承動子導磁環(huán)6之間通過螺絲固定連接，磁軸承的永磁環(huán)7粘合在磁軸承動子導磁環(huán)6中，磁軸承動子導磁環(huán)6與磁軸承動子鐵心環(huán)8粘合在一起，線圈11纏繞固定在定子導磁環(huán)12上,定子導磁環(huán)12與定子磁極13粘合在一起，磁軸承動子鐵心環(huán)8與定子磁極13之間為氣隙9，第二氣隙10位于磁軸承動子鐵心環(huán)8的上下兩層之間，力矩器14通過螺絲固定連接于定子磁極13上，同時具備徑向氣隙保護作用，上電渦流傳感器15和下電渦流傳感器16分別安裝在力矩器14的上下兩面，具有測量徑向位移，并通過差分方式測量扭轉(zhuǎn)角度，下電渦流傳感器16通過螺絲連接至定基座9。
[0021]小型磁懸浮穩(wěn)定平臺的工作過程如下:磁懸浮平臺2的磁軸承系統(tǒng)實現(xiàn)軸向和徑向兩個轉(zhuǎn)動自由度的被動懸浮，兩個徑向方向平動的主動控制懸浮，由此實現(xiàn)磁懸浮平臺25自由度懸浮，并由力矩器14實現(xiàn)徑向兩個轉(zhuǎn)動自由度的主動控制；當基座產(chǎn)生徑向兩個轉(zhuǎn)動自由度的干擾時，由于軸向磁軸承氣隙的存在和軸承剛度阻尼參數(shù)的作用，使得磁懸浮平臺2的運動角度小于載體的運動角度，實現(xiàn)磁懸浮平臺2的中高頻的被動慣性穩(wěn)定。
[0022]當方位-俯仰兩軸穩(wěn)定轉(zhuǎn)臺I不工作在過頂盲區(qū)范圍時，由方位-俯仰兩軸穩(wěn)定控制實現(xiàn)基座低頻干擾的穩(wěn)定，當工作在過頂盲區(qū)范圍時，由方位-俯仰兩軸穩(wěn)定轉(zhuǎn)臺I的速率陀螺和磁懸浮平臺2的力矩器14形成閉環(huán)反饋，實現(xiàn)兩軸穩(wěn)定跟蹤轉(zhuǎn)臺的常平架式穩(wěn)定，并可通過方位-俯仰轉(zhuǎn)臺的程序過頂方法和力矩器提供傾斜角的方法實現(xiàn)兩軸穩(wěn)定跟蹤平臺的過頂跟蹤。因此本發(fā)明提出的技術方案可以有效解決空間緊湊的方位-俯仰兩軸穩(wěn)定跟蹤轉(zhuǎn)臺的全頻帶，全仰角范圍的穩(wěn)定跟蹤問題。
[0023]進一步的，控制系統(tǒng)3是基于數(shù)字信號處理器和可編程邏輯器件的控制器和基于智能功率模塊的驅(qū)動器，同時控制線圈11、力矩器14和方位-俯仰兩軸穩(wěn)定轉(zhuǎn)臺1，實現(xiàn)小型磁懸浮穩(wěn)定平臺的功能。
[0024]進一步的，如圖3、4所示的本發(fā)明磁軸承的示意圖，圖3中粗實線箭頭所示為永磁磁路17，虛實線箭頭所示為電磁磁路18，與傳統(tǒng)結構不同的是，如圖4所示，永磁體所在的動子部分在氣隙處是整環(huán)結構，定子部分分為4個磁極的結構，這4個磁極沿圓周方向均布，線圈沒有纏繞在磁極上，而是纏繞在上下兩組磁極之間的位置，目的是為了節(jié)省軸向長度空間。
【主權項】
1.一種小型磁懸浮穩(wěn)定平臺，其特征在于:包括方位-俯仰兩軸穩(wěn)定轉(zhuǎn)臺(1)，磁懸浮平臺(2)和控制系統(tǒng)(3),方位-俯仰兩軸穩(wěn)定轉(zhuǎn)臺(I)固定安裝于磁懸浮平臺(2)上,控制系統(tǒng)(3)同時控制磁懸浮平臺(2)的穩(wěn)定懸浮及扭轉(zhuǎn)控制和方位-俯仰兩軸穩(wěn)定轉(zhuǎn)臺(I)的伺服控制； 磁懸浮平臺(2)實現(xiàn)方位-俯仰兩軸穩(wěn)定轉(zhuǎn)臺與基座姿態(tài)干擾隔離作用；其中動基座(4)與磁軸承動子鐵心環(huán)(8)和磁軸承動子導磁環(huán)(6)之間通過螺絲固定連接，磁軸承的永磁環(huán)(7 )粘合在磁軸承動子導磁環(huán)(6 )中，磁軸承動子導磁環(huán)(6 )與磁軸承動子鐵心環(huán)(8 )粘合在一起，線圈(11)纏繞固定在定子導磁環(huán)(12)上,定子導磁環(huán)(12)與定子磁極(13)粘合在一起，磁軸承動子鐵心環(huán)(8)與定子磁極(13)之間為氣隙(9)，第二氣隙(10)位于磁軸承動子鐵心環(huán)(8)的上下兩層之間，力矩器(14)通過螺絲固定連接于定子磁極(13)上，同時具備徑向氣隙保護作用，上電渦流傳感器(15)和下電渦流傳感器(16)分別安裝在力矩器(14)的上下兩面，具有測量徑向位移，并通過差分方式測量扭轉(zhuǎn)角度，下電渦流傳感器(16)通過螺絲連接至定基座(9)； 小型磁懸浮穩(wěn)定平臺的工作過程如下:磁懸浮平臺(2)的磁軸承系統(tǒng)實現(xiàn)軸向和徑向兩個轉(zhuǎn)動自由度的被動懸浮，兩個徑向方向平動的主動控制懸浮，由此實現(xiàn)磁懸浮平臺(2)5自由度懸浮，并由力矩器(14)實現(xiàn)徑向兩個轉(zhuǎn)動自由度的主動控制；當基座產(chǎn)生徑向兩個轉(zhuǎn)動自由度的干擾時，由于軸向磁軸承氣隙的存在和軸承剛度阻尼參數(shù)的作用，使得磁懸浮平臺(2)的運動角度小于載體的運動角度，實現(xiàn)磁懸浮平臺(2)的中高頻的被動慣性穩(wěn)定; 當方位-俯仰兩軸穩(wěn)定轉(zhuǎn)臺(I)不工作在過頂盲區(qū)范圍時，由方位-俯仰兩軸穩(wěn)定控制實現(xiàn)基座低頻干擾的穩(wěn)定，當工作在過頂盲區(qū)范圍時，由方位-俯仰兩軸穩(wěn)定轉(zhuǎn)臺(I)的速率陀螺和磁懸浮平臺(2)的力矩器(14)形成閉環(huán)反饋，實現(xiàn)兩軸穩(wěn)定跟蹤轉(zhuǎn)臺的常平架式穩(wěn)定。
2.如權利要求1所述的一種小型磁懸浮穩(wěn)定平臺，其特征在于:控制系統(tǒng)(3)是基于數(shù)字信號處理器和可編程邏輯器件的控制器和基于智能功率模塊的驅(qū)動器。
3.如權利要求1所述的一種小型磁懸浮穩(wěn)定平臺，其特征在于:永磁體所在的動子部分在氣隙處是整環(huán)結構，定子部分分為4個磁極的結構，這4個磁極沿圓周方向均布，線圈纏繞在上下兩組磁極之間的位置以節(jié)省軸向長度空間。
【專利摘要】本發(fā)明涉及穩(wěn)定跟蹤平臺技術領域和磁懸浮技術領域，可直接應用于各類小型緊湊型的穩(wěn)定跟蹤平臺，具體涉及一種小型磁懸浮穩(wěn)定平臺。包括方位-俯仰兩軸穩(wěn)定轉(zhuǎn)臺，磁懸浮平臺和控制系統(tǒng)，方位-俯仰兩軸穩(wěn)定轉(zhuǎn)臺固定安裝于磁懸浮平臺上，控制系統(tǒng)同時控制磁懸浮平臺的穩(wěn)定懸浮及扭轉(zhuǎn)控制和方位-俯仰兩軸穩(wěn)定轉(zhuǎn)臺的伺服控制；磁懸浮平臺實現(xiàn)方位-俯仰兩軸穩(wěn)定轉(zhuǎn)臺與基座姿態(tài)干擾隔離作用。這種小型被動磁懸浮穩(wěn)定平臺具有結構尺寸緊湊，穩(wěn)定性高，直接從力矩環(huán)實現(xiàn)平臺慣性穩(wěn)定的作用，且通過在定基座和動基座之間加裝一對吸力型磁環(huán)，提高了軸向磁軸承的剛度，并且不影響磁軸承的扭轉(zhuǎn)剛度，可實現(xiàn)更大的平臺穩(wěn)定角度范圍。
【IPC分類】H02N15-00, G05D3-00, F16C32-04
【公開號】CN104638983
【申請?zhí)枴緾N201310566200
【發(fā)明人】陳冬, 石春雷, 王華培, 季東, 張海波
【申請人】北京環(huán)境特性研究所
【公開日】2015年5月20日
【申請日】2013年11月14日