一種小型磁懸浮穩定平臺的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及穩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定跟蹤平臺，具體涉及一種小型磁懸浮穩定平臺。
【背景技術】
[0002]穩定跟蹤平臺是空基、車、船載等光電系統的重要組成部分。傳統的穩定跟蹤平臺由伺服機構和慣性器件反饋實現平臺的慣性穩定，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。隨著光電穩定技術的發展，傳統的穩定跟蹤平臺已經不適合要求體積小空間緊湊的系統應用，特別是兩軸的穩定跟蹤平臺存在過頂盲區問題，使得需要在盲區工作范圍的系統應用受到極大的限制。傳統穩定跟蹤平臺通過角速率或者角位置陀螺反饋進行閉環控制，因此對于控制系統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定平臺，如果能夠從力矩環直接穩定，則可以有效解決兩軸穩定跟蹤平臺的過頂盲區不受控問題。由于磁懸浮技術具有磁路氣隙可調，阻尼受控，無接觸摩擦，控制帶寬高等優點，是抑制角加速度干擾方式穩定平臺的理想選擇。
[0003]因此，亟需研制一種小型磁懸浮穩定平臺，采用磁懸浮技術從力矩環直接穩定，有效解決控制兩軸穩定跟蹤平臺的過頂盲區，從而克服現有穩定跟蹤平臺體積大、控制帶寬低的問題。
【發明內容】
[0004]本發明要解決的技術問題是提供一種小型磁懸浮穩定平臺，從直接抑制干擾力矩的角度出發，解決隔離載體運動的問題，從而克服現有穩定跟蹤平臺體積大、控制帶寬低的問題。
[0005]為了實現這一目的，本發明采取的技術方案是:
[0006]一種小型磁懸浮穩定平臺，包括方位-俯仰兩軸穩定轉臺，磁懸浮平臺和控制系統，方位-俯仰兩軸穩定轉臺固定安裝于磁懸浮平臺上，控制系統同時控制磁懸浮平臺的穩定懸浮及扭轉控制和方位-俯仰兩軸穩定轉臺的伺服控制；
[0007]磁懸浮平臺實現方位-俯仰兩軸穩定轉臺與基座姿態干擾隔離作用；其中動基座與磁軸承動子鐵心環和磁軸承動子導磁環之間通過螺絲固定連接，磁軸承的永磁環粘合在磁軸承動子導磁環中，磁軸承動子導磁環與磁軸承動子鐵心環粘合在一起，線圈纏繞固定在定子導磁環上，定子導磁環與定子磁極粘合在一起，磁軸承動子鐵心環與定子磁極之間為氣隙，第二氣隙位于磁軸承動子鐵心環的上下兩層之間，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]小型磁懸浮穩定平臺的工作過程如下:磁懸浮平臺的磁軸承系統實現軸向和徑向兩個轉動自由度的被動懸浮，兩個徑向方向平動的主動控制懸浮，由此實現磁懸浮平臺5自由度懸浮，并由力矩器實現徑向兩個轉動自由度的主動控制；當基座產生徑向兩個轉動自由度的干擾時，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，實現磁懸浮平臺的中高頻的被動慣性穩定；
[0009]當方位-俯仰兩軸穩定轉臺不工作在過頂盲區范圍時，由方位-俯仰兩軸穩定控制實現基座低頻干擾的穩定，當工作在過頂盲區范圍時，由方位-俯仰兩軸穩定轉臺的速率陀螺和磁懸浮平臺的力矩器形成閉環反饋，實現兩軸穩定跟蹤轉臺的常平架式穩定。
[0010]進一步的，如上所述的一種小型磁懸浮穩定平臺，控制系統是基于數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動器。
[0011]進一步的，如上所述的一種小型磁懸浮穩定平臺，永磁體所在的動子部分在氣隙處是整環結構，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省軸向長度空間。
[0012]本發明提出的一種小型被動磁懸浮穩定平臺具有結構尺寸緊湊，穩定性高，直接從力矩環實現平臺慣性穩定的作用，且通過在定基座和動基座之間加裝一對吸力型磁環，提高了軸向磁軸承的剛度，并且不影響磁軸承的扭轉剛度，可實現更大的平臺穩定角度范圍。
【附圖說明】
[0013]圖1是本發明的技術方案圖；
[0014]圖2是本發明磁懸浮平臺的結構示意圖；
[0015]圖3是本發明的磁軸承截面圖；
[0016]圖4是本發明的磁軸承端面圖。
[0017]圖中:方位-俯仰兩軸穩定跟蹤轉臺1、磁懸浮平臺2、控制系統3、動基座4、定基座5、磁軸承動子導磁環6、磁軸承永磁環7、磁軸承動子鐵心環8、氣隙9、第二氣隙10、線圈11、定子導磁環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明技術方案進行詳細說明。
[0019]如圖1所示，本發明一種小型磁懸浮穩定平臺，其特征在于:包括方位-俯仰兩軸穩定轉臺1，磁懸浮平臺2和控制系統3,方位-俯仰兩軸穩定轉臺I固定安裝于磁懸浮平臺2上,控制系統3同時控制磁懸浮平臺2的穩定懸浮及扭轉控制和方位-俯仰兩軸穩定轉臺I的伺服控制。
[0020]如圖2所示，磁懸浮平臺2實現方位-俯仰兩軸穩定轉臺與基座姿態干擾隔離作用；其中動基座4與磁軸承動子鐵心環8和磁軸承動子導磁環6之間通過螺絲固定連接，磁軸承的永磁環7粘合在磁軸承動子導磁環6中，磁軸承動子導磁環6與磁軸承動子鐵心環8粘合在一起，線圈11纏繞固定在定子導磁環12上,定子導磁環12與定子磁極13粘合在一起，磁軸承動子鐵心環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]小型磁懸浮穩定平臺的工作過程如下:磁懸浮平臺2的磁軸承系統實現軸向和徑向兩個轉動自由度的被動懸浮，兩個徑向方向平動的主動控制懸浮，由此實現磁懸浮平臺25自由度懸浮，并由力矩器14實現徑向兩個轉動自由度的主動控制；當基座產生徑向兩個轉動自由度的干擾時，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，實現磁懸浮平臺2的中高頻的被動慣性穩定。
[0022]當方位-俯仰兩軸穩定轉臺I不工作在過頂盲區范圍時，由方位-俯仰兩軸穩定控制實現基座低頻干擾的穩定，當工作在過頂盲區范圍時，由方位-俯仰兩軸穩定轉臺I的速率陀螺和磁懸浮平臺2的力矩器14形成閉環反饋，實現兩軸穩定跟蹤轉臺的常平架式穩定，并可通過方位-俯仰轉臺的程序過頂方法和力矩器提供傾斜角的方法實現兩軸穩定跟蹤平臺的過頂跟蹤。因此本發明提出的技術方案可以有效解決空間緊湊的方位-俯仰兩軸穩定跟蹤轉臺的全頻帶，全仰角范圍的穩定跟蹤問題。
[0023]進一步的，控制系統3是基于數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動器，同時控制線圈11、力矩器14和方位-俯仰兩軸穩定轉臺1，實現小型磁懸浮穩定平臺的功能。
[0024]進一步的，如圖3、4所示的本發明磁軸承的示意圖，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，目的是為了節省軸向長度空間。
【主權項】
1.一種小型磁懸浮穩定平臺，其特征在于:包括方位-俯仰兩軸穩定轉臺(1)，磁懸浮平臺(2)和控制系統(3),方位-俯仰兩軸穩定轉臺(I)固定安裝于磁懸浮平臺(2)上,控制系統(3)同時控制磁懸浮平臺(2)的穩定懸浮及扭轉控制和方位-俯仰兩軸穩定轉臺(I)的伺服控制； 磁懸浮平臺(2)實現方位-俯仰兩軸穩定轉臺與基座姿態干擾隔離作用；其中動基座(4)與磁軸承動子鐵心環(8)和磁軸承動子導磁環(6)之間通過螺絲固定連接，磁軸承的永磁環(7 )粘合在磁軸承動子導磁環(6 )中，磁軸承動子導磁環(6 )與磁軸承動子鐵心環(8 )粘合在一起，線圈(11)纏繞固定在定子導磁環(12)上,定子導磁環(12)與定子磁極(13)粘合在一起，磁軸承動子鐵心環(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(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)； 小型磁懸浮穩定平臺的工作過程如下:磁懸浮平臺(2)的磁軸承系統實現軸向和徑向兩個轉動自由度的被動懸浮，兩個徑向方向平動的主動控制懸浮，由此實現磁懸浮平臺(2)5自由度懸浮，并由力矩器(14)實現徑向兩個轉動自由度的主動控制；當基座產生徑向兩個轉動自由度的干擾時，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，實現磁懸浮平臺(2)的中高頻的被動慣性穩定; 當方位-俯仰兩軸穩定轉臺(I)不工作在過頂盲區范圍時，由方位-俯仰兩軸穩定控制實現基座低頻干擾的穩定，當工作在過頂盲區范圍時，由方位-俯仰兩軸穩定轉臺(I)的速率陀螺和磁懸浮平臺(2)的力矩器(14)形成閉環反饋，實現兩軸穩定跟蹤轉臺的常平架式穩定。
2.如權利要求1所述的一種小型磁懸浮穩定平臺，其特征在于:控制系統(3)是基于數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動器。
3.如權利要求1所述的一種小型磁懸浮穩定平臺，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省軸向長度空間。
【專利摘要】本發明涉及穩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定跟蹤平臺，具體涉及一種小型磁懸浮穩定平臺。包括方位-俯仰兩軸穩定轉臺，磁懸浮平臺和控制系統，方位-俯仰兩軸穩定轉臺固定安裝于磁懸浮平臺上，控制系統同時控制磁懸浮平臺的穩定懸浮及扭轉控制和方位-俯仰兩軸穩定轉臺的伺服控制；磁懸浮平臺實現方位-俯仰兩軸穩定轉臺與基座姿態干擾隔離作用。這種小型被動磁懸浮穩定平臺具有結構尺寸緊湊，穩定性高，直接從力矩環實現平臺慣性穩定的作用，且通過在定基座和動基座之間加裝一對吸力型磁環，提高了軸向磁軸承的剛度，并且不影響磁軸承的扭轉剛度，可實現更大的平臺穩定角度范圍。
【IPC分類】H02N15-00, G05D3-00, F16C32-04
【公開號】CN104638983
【申請號】CN201310566200
【發明人】陳冬, 石春雷, 王華培, 季東, 張海波
【申請人】北京環境特性研究所
【公開日】2015年5月20日
【申請日】2013年11月14日