CN101509820B - 三轴气浮台平衡方法 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种结构简单、操作方便、成本低的三轴气浮台平衡方法及其装置。所述的三轴气浮台平衡装置，它是由飞轮系统和砝码平衡机构组成的；飞轮系统有两组，均安装在三轴气浮台的水平面上，正交放置，和两组安装在三轴气浮台球轴承中心径向线上的砝码平衡机构相对应；砝码平衡机构有两组，安装在三轴气浮台球轴承中心的径向线上，安装在三轴气浮台的水平面上，正交放置。三轴气浮台上安装专用的能控制其自动移动的砝码平衡机构以及飞轮系统，飞轮的控制规则是保持其当前姿态不变，根据台面上飞轮的速度变化自动控制移动平衡砝码，实现在线测量、调节，实现快速、准确自动平衡。结构简单、操作方便、成本低。

Description

三轴气浮台平衡方法

(一)技术领域

本发明涉及测量技术，具体说就是三轴气浮台平衡方法及其装置。 

(二)背景技术

气浮台依靠压缩空气在气浮轴承与轴承座之间形成气膜，使模拟台体浮起，从而实现近似无摩擦的相对运动条件，以模拟卫星在外层空间所受干扰力矩很小的力学环境。作为卫星运动模拟器，采用球面气浮轴承支持的三轴气浮台，不但能模拟三轴方向所需要的姿态运动，还能模拟卫星三轴姿态耦合动力学，通过气浮台进行全物理仿真具有重要作用，它是方案论证和功能验证不可缺少的工具。仿真实践证明，利用气浮台进行仿真不仅对卫星姿态控制系统验证有着重要作用，而且能够显著提高卫星的效费比，降低风险，缩短研发周期。 

为了在地面模拟卫星的姿态运动，三自由度气浮台的回转中心应与重心重合，否则将引起不平衡力矩，影响仿真试验的质量。目前气浮台的配平方式主要有自动和手动两种，目前关于气浮台质心平衡调整的方法很少，经文献检索，中国发明专利号：200610009797.7，专利名称为：气浮转台外加载荷质心调整装置，通过调整安装在气浮台上的螺栓螺母机构调整转台的质心，有手动电动两种工作方式，该发明只给出了一种调整装置，没有涉及具体平衡方法。李延斌、包钢、王祖温、吕彦东等在论文“三自由度气浮台自动平衡系统动力学建模”(见《中国惯性技术学报》，2005年，13卷第5期，页码83-87)中从理论上给出了三轴气浮台自动平衡装置，也没有给出具体的实施方法，难以工程应用。 

(三)发明内容

本发明的目的在于提供一种结构简单、操作方便、成本低的三轴气浮台平衡方法及其装置。 

本发明的目的是这样实现的：所述的三轴气浮台平衡装置，它是由飞轮系统和砝码平衡机构组成的；飞轮系统有两组，其旋转轴通过三轴气浮台球轴承中心的径向线，均安装在三轴气浮台的水平面上， 正交放置，和两组砝码平衡机构相对应；砝码平衡机构有两组，安装在三轴气浮台球轴承中心的径向线上，并且两组砝码平衡机构都安装在三轴气浮台的水平面上，正交放置，和两组飞轮系统分别相对应。 

本发明三轴气浮台平衡装置，还有以下技术特征： 

所述的砝码平衡机构包括安装底座1、支架2、平衡砝码3、螺杆4、滑杆5、砝码支架6、减速器7和电机8；安装底座1连接支架2，支架2连接平衡砝码3，平衡砝码3连接螺杆4、滑杆5、砝码支架6，砝码支架6连接减速器7，减速器7连接电机8。 

本发明三轴气浮台平衡方法包括如下几个步骤： 

步骤一：将三轴气浮台水平静止，开启飞轮系统控制程序，其控制目标是保持当前的三轴气浮台姿态不变； 

步骤二：开启砝码平衡机构的砝码自动平衡程序； 

步骤三：根据飞轮系统力矩的加速度变化，判断砝码的移动方向，同时开启飞轮系统卸载程序； 

步骤四：飞轮系统卸载完毕，关闭飞轮系统卸载程序和砝码自动平衡程序，三轴气浮台平衡调整结束。 

本发明三轴气浮台平衡方法及其装置，三轴气浮台上安装专用的能控制其自动移动的砝码平衡机构以及飞轮系统，飞轮的控制规则是保持其当前姿态不变，由于三轴气浮台不平衡必然导致飞轮速度向一个方向增加，根据台面上飞轮的速度变化自动控制移动平衡砝码，实现在线测量、调节，实现快速、准确自动平衡。结构简单、操作方便、成本低。 

(四)附图说明

图1为本发明三轴气浮台与飞轮系统位置关系的俯视图； 

图2为本发明三轴气浮台与飞轮系统位置关系的主视图； 

图3为本发明砝码平衡机构示意图。 

(五)具体实施方式

下面结合附图举例对本发明作进一步说明。 

实施例1，结合图1、图2、图3，本发明三轴气浮台平衡装置，它是由飞轮系统和砝码平衡机构组成的；飞轮系统有两组，其旋转轴通过三轴气浮台球轴承中心的径向线，均安装在三轴气浮台的水平面 上，正交放置，和两组砝码平衡机构相对应；砝码平衡机构有两组，安装在三轴气浮台球轴承中心的径向线上，并且两组砝码平衡机构都安装在三轴气浮台的水平面上，正交放置，和两组飞轮系统分别相对应。 

所述的砝码平衡机构包括安装底座(1)、支架(2)、平衡砝码(3)、螺杆(4)、滑杆(5)、砝码支架(6)、减速器(7)和电机(8)；其特征在于：安装底座(1)连接支架(2)，支架(2)连接平衡砝码(3)，平衡砝码(3)连接螺杆(4)、滑杆(5)、砝码支架(6)，砝码支架(6)连接减速器(7)，减速器(7)连接电机(8)。 

实施例2，本发明三轴气浮台平衡方法，包括如下几个步骤： 

步骤一：将三轴气浮台水平静止，开启飞轮系统控制程序，其控制目标是保持当前的三轴气浮台姿态不变； 

步骤二：开启砝码平衡机构的砝码自动平衡程序； 

步骤三：根据飞轮系统力矩的加速度变化，判断砝码的移动方向，同时开启飞轮系统卸载程序； 

步骤四：飞轮系统卸载完毕，关闭飞轮系统卸载程序和砝码自动平衡程序，三轴气浮台平衡调整结束。 

实施例3，结合图1、图2、图3，本发明的工作原理是这样的：首先假定三轴气浮台已经完成粗配平(或者三轴气浮台配平之后由于喷气、液体变化等原因引起的质心的微小变化导致三轴气浮台存在微小的不平衡)，将飞轮系统安装在三轴气浮台上，安装方式如图1和图2所示，通过控制动量轮的加速或减速来产生不同大小的力矩，通过飞轮的控制程序产生相应的力矩可以保持三轴气浮台姿态不变。然后通过调整砝码的位置实现整个三轴气浮台质心的调整，同时给飞轮卸载，通过这样一个过程来实现三轴气浮台质心的自动在线调整。 

实施例4，结合图3，砝码平衡机构的结构设计如图3所示，仅仅作为一个例子，实际设计可以不限于该结构，只要能够实现相应的功能就可以，电机的控制指令来自于放置于三轴气浮台上的控制计算机，砝码平衡机构采用螺杆驱动方式，通过螺杆的旋转带动配重砝码的前后移动，其中滑竿起到固定砝码的作用，从而使螺杆的转动能够带动砝码前后移动，电机通过减速器和砝码平衡机构相连驱动螺杆转 动。砝码平衡机构安装在三轴气浮台球轴承中心的径向线上，并且两组砝码平衡机构都安装在三轴气浮台的水平面上，正交放置，和两组飞轮系统分别相对应。 

实施例5，结合图1、图2，飞轮系统有两组，其旋转轴通过三轴气浮台球轴承中心的径向线，并且都安装在三轴气浮台的水平面上，正交放置，和两组砝码平衡机构相对应。飞轮系统是专用于平衡调整的或使用试验系统的飞轮。当需要调整重心时，停止其他试验，保持飞轮系统的控制，其控制目标是保持三轴气浮台当前的姿态不变，将三轴气浮台静止，如果三轴气浮台重心和三轴气浮台球轴承的球心不重合，三轴气浮台将向一个方向倾斜，飞轮系统要保持三轴气浮台的静止姿态，其转速会向一个方向增加，假设飞轮系统(1)对应砝码平衡机构(1)，飞轮系统(2)对应砝码平衡机构(2)，也就是说，可以通过砝码平衡机构(1)对飞轮系统(1)进行卸载；可以通过砝码平衡机构(2)对飞轮系统(2)进行卸载，如果卸载完成，就完成了该方向的平衡调整。以飞轮系统(1)的卸载为例，开启砝码自动调整程序，通过控制计算机给电机发送指令，减速器驱动螺杆带动砝码移动(砝码的移动使整个三轴气浮台的重心开始移动)，同时飞轮系统进行卸载，一直到飞轮系统卸载完成，砝码自动调整程序终止，该方向的平衡调整完毕。由于两组飞轮系统、砝码平衡机构水平正交放置，一个方向的调整不会干扰另一个方向的运动。 

实施例6，砝码移动方向的判断：可以采用尝试法，首先控制砝码向一方移动(可以选择向前或向后移动，这可以根据喜好由程序设定)，如果对应的飞轮系统的输出力矩的加速度变大，说明砝码调整方向反了，否则就是调整方向正确。飞轮卸载程序，就是在对应的砝码进行平衡调整时，相应的降低飞轮的速度的控制程序，这个过程中降低飞轮速度的快慢取决于砝码调整的快慢，两者之间有一个对应关系，砝码移动的快，飞轮减速也相应加快，反之亦然。砝码自动调整程序，就是首先向前(或者是向后)调整砝码，根据相应飞轮的速度变化，判断砝码调整方向的正确与否，确定调整方向之后，渐进调整砝码向该方向移动，同时接收飞轮的卸载信息，一旦飞轮卸载完毕就停止砝码调整程序。由于是计算机自动控制系统运行，整个调整过程 准确、快速。 

实施例7，本发明三轴气浮台平衡方法适用于三轴气浮台质心(重心)水平方向的调整，不适用于垂直方向调整的情况。 

Claims (1)

1.一种三轴气浮台平衡方法，其特征在于：所述的平衡方法包括如下几个步骤：

步骤一：将三轴气浮台水平静止，开启飞轮系统控制程序，其控制目标是保持当前的三轴气浮台姿态不变；

步骤二：开启砝码平衡机构的砝码自动平衡程序；

步骤三：根据飞轮系统力矩的加速度变化，判断砝码的移动方向，同时开启飞轮系统卸载程序；

步骤四：飞轮系统卸载完毕，关闭飞轮系统卸载程序和砝码自动平衡程序，三轴气浮台平衡调整结束。

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