CN104638983A - 一种小型磁悬浮稳定平台 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及稳定跟踪平台技术领域和磁悬浮技术领域，可直接应用于各类小型紧凑型的稳定跟踪平台，具体涉及一种小型磁悬浮稳定平台。包括方位-俯仰两轴稳定转台，磁悬浮平台和控制系统，方位-俯仰两轴稳定转台固定安装于磁悬浮平台上，控制系统同时控制磁悬浮平台的稳定悬浮及扭转控制和方位-俯仰两轴稳定转台的伺服控制；磁悬浮平台实现方位-俯仰两轴稳定转台与基座姿态干扰隔离作用。这种小型被动磁悬浮稳定平台具有结构尺寸紧凑，稳定性高，直接从力矩环实现平台惯性稳定的作用，且通过在定基座和动基座之间加装一对吸力型磁环，提高了轴向磁轴承的刚度，并且不影响磁轴承的扭转刚度，可实现更大的平台稳定角度范围。
Description
技术领域
本发明涉及稳定跟踪平台技术领域和磁悬浮技术领域，可直接应用于各类小型紧凑型的稳定跟踪平台，具体涉及一种小型磁悬浮稳定平台。
背景技术
稳定跟踪平台是空基、车、船载等光电系统的重要组成部分。传统的稳定跟踪平台由伺服机构和惯性器件反馈实现平台的惯性稳定，但是具有体积大，伺服控制带宽有限的缺点，往往需要配合被动隔振器，隔离高频振动干扰。随着光电稳定技术的发展，传统的稳定跟踪平台已经不适合要求体积小空间紧凑的系统应用，特别是两轴的稳定跟踪平台存在过顶盲区问题，使得需要在盲区工作范围的系统应用受到极大的限制。传统稳定跟踪平台通过角速率或者角位置陀螺反馈进行闭环控制，因此对于控制系统来说是抑制空间角位置和空间角速度干扰，目前尚没有通过抑制控制角加速度方式的稳定平台，如果能够从力矩环直接稳定，则可以有效解决两轴稳定跟踪平台的过顶盲区不受控问题。由于磁悬浮技术具有磁路气隙可调，阻尼受控，无接触摩擦，控制带宽高等优点，是抑制角加速度干扰方式稳定平台的理想选择。
因此，亟需研制一种小型磁悬浮稳定平台，采用磁悬浮技术从力矩环直接稳定，有效解决控制两轴稳定跟踪平台的过顶盲区，从而克服现有稳定跟踪平台体积大、控制带宽低的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种小型磁悬浮稳定平台，从直接抑制干扰力矩的角度出发，解决隔离载体运动的问题，从而克服现有稳定跟踪平台体积大、控制带宽低的问题。
为了实现这一目的，本发明采取的技术方案是：
一种小型磁悬浮稳定平台，包括方位-俯仰两轴稳定转台，磁悬浮平台和控制系统，方位-俯仰两轴稳定转台固定安装于磁悬浮平台上，控制系统同时控制磁悬浮平台的稳定悬浮及扭转控制和方位-俯仰两轴稳定转台的伺服控制；
磁悬浮平台实现方位-俯仰两轴稳定转台与基座姿态干扰隔离作用；其中动基座与磁轴承动子铁心环和磁轴承动子导磁环之间通过螺丝固定连接，磁轴承的永磁环粘合在磁轴承动子导磁环中，磁轴承动子导磁环与磁轴承动子铁心环粘合在一起，线圈缠绕固定在定子导磁环上，定子导磁环与定子磁极粘合在一起，磁轴承动子铁心环与定子磁极之间为气隙，第二气隙位于磁轴承动子铁心环的上下两层之间，力矩器通过螺丝固定连接于定子磁极上，同时具备径向气隙保护作用，上电涡流传感器和下电涡流传感器分别安装在力矩器的上下两面，具有测量径向位移，并通过差分方式测量扭转角度，下电涡流传感器通过螺丝连接至定基座。
小型磁悬浮稳定平台的工作过程如下：磁悬浮平台的磁轴承系统实现轴向和径向两个转动自由度的被动悬浮，两个径向方向平动的主动控制悬浮，由此实现磁悬浮平台5自由度悬浮，并由力矩器实现径向两个转动自由度的主动控制；当基座产生径向两个转动自由度的干扰时，由于轴向磁轴承气隙的存在和轴承刚度阻尼参数的作用，使得磁悬浮平台的运动角度小于载体的运动角度，实现磁悬浮平台的中高频的被动惯性稳定；
当方位-俯仰两轴稳定转台不工作在过顶盲区范围时，由方位-俯仰两轴稳定控制实现基座低频干扰的稳定，当工作在过顶盲区范围时，由方位-俯仰两轴稳定转台的速率陀螺和磁悬浮平台的力矩器形成闭环反馈，实现两轴稳定跟踪转台的常平架式稳定。
进一步的，如上所述的一种小型磁悬浮稳定平台，控制系统是基于数字信号处理器和可编程逻辑器件的控制器和基于智能功率模块的驱动器。
进一步的，如上所述的一种小型磁悬浮稳定平台，永磁体所在的动子部分在气隙处是整环结构，定子部分分为4个磁极的结构，这4个磁极沿圆周方向均布，线圈缠绕在上下两组磁极之间的位置以节省轴向长度空间。
本发明提出的一种小型被动磁悬浮稳定平台具有结构尺寸紧凑，稳定性高，直接从力矩环实现平台惯性稳定的作用，且通过在定基座和动基座之间加装一对吸力型磁环，提高了轴向磁轴承的刚度，并且不影响磁轴承的扭转刚度，可实现更大的平台稳定角度范围。
附图说明
图1是本发明的技术方案图；
图2是本发明磁悬浮平台的结构示意图；
图3是本发明的磁轴承截面图；
图4是本发明的磁轴承端面图。
图中：方位-俯仰两轴稳定跟踪转台1、磁悬浮平台2、控制系统3、动基座4、定基座5、磁轴承动子导磁环6、磁轴承永磁环7、磁轴承动子铁心环8、气隙9、第二气隙10、线圈11、定子导磁环12、定子磁极13、力矩器14、上电涡流传感器15、下电涡流传感器16；永磁磁路17，电磁磁路18。
具体实施方式
下面结合附图对本发明技术方案进行详细说明。
如图1所示，本发明一种小型磁悬浮稳定平台，其特征在于：包括方位-俯仰两轴稳定转台1，磁悬浮平台2和控制系统3，方位-俯仰两轴稳定转台1固定安装于磁悬浮平台2上，控制系统3同时控制磁悬浮平台2的稳定悬浮及扭转控制和方位-俯仰两轴稳定转台1的伺服控制。
如图2所示，磁悬浮平台2实现方位-俯仰两轴稳定转台与基座姿态干扰隔离作用；其中动基座4与磁轴承动子铁心环8和磁轴承动子导磁环6之间通过螺丝固定连接，磁轴承的永磁环7粘合在磁轴承动子导磁环6中，磁轴承动子导磁环6与磁轴承动子铁心环8粘合在一起，线圈11缠绕固定在定子导磁环12上，定子导磁环12与定子磁极13粘合在一起，磁轴承动子铁心环8与定子磁极13之间为气隙9，第二气隙10位于磁轴承动子铁心环8的上下两层之间，力矩器14通过螺丝固定连接于定子磁极13上，同时具备径向气隙保护作用，上电涡流传感器15和下电涡流传感器16分别安装在力矩器14的上下两面，具有测量径向位移，并通过差分方式测量扭转角度，下电涡流传感器16通过螺丝连接至定基座9。
小型磁悬浮稳定平台的工作过程如下：磁悬浮平台2的磁轴承系统实现轴向和径向两个转动自由度的被动悬浮，两个径向方向平动的主动控制悬浮，由此实现磁悬浮平台25自由度悬浮，并由力矩器14实现径向两个转动自由度的主动控制；当基座产生径向两个转动自由度的干扰时，由于轴向磁轴承气隙的存在和轴承刚度阻尼参数的作用，使得磁悬浮平台2的运动角度小于载体的运动角度，实现磁悬浮平台2的中高频的被动惯性稳定。
当方位-俯仰两轴稳定转台1不工作在过顶盲区范围时，由方位-俯仰两轴稳定控制实现基座低频干扰的稳定，当工作在过顶盲区范围时，由方位-俯仰两轴稳定转台1的速率陀螺和磁悬浮平台2的力矩器14形成闭环反馈，实现两轴稳定跟踪转台的常平架式稳定，并可通过方位-俯仰转台的程序过顶方法和力矩器提供倾斜角的方法实现两轴稳定跟踪平台的过顶跟踪。因此本发明提出的技术方案可以有效解决空间紧凑的方位-俯仰两轴稳定跟踪转台的全频带，全仰角范围的稳定跟踪问题。
进一步的，控制系统3是基于数字信号处理器和可编程逻辑器件的控制器和基于智能功率模块的驱动器，同时控制线圈11、力矩器14和方位-俯仰两轴稳定转台1，实现小型磁悬浮稳定平台的功能。
进一步的，如图3、4所示的本发明磁轴承的示意图，图3中粗实线箭头所示为永磁磁路17，虚实线箭头所示为电磁磁路18，与传统结构不同的是，如图4所示，永磁体所在的动子部分在气隙处是整环结构，定子部分分为4个磁极的结构，这4个磁极沿圆周方向均布，线圈没有缠绕在磁极上，而是缠绕在上下两组磁极之间的位置，目的是为了节省轴向长度空间。
Claims (3)
1.一种小型磁悬浮稳定平台，其特征在于：包括方位-俯仰两轴稳定转台（1），磁悬浮平台（2）和控制系统（3），方位-俯仰两轴稳定转台（1）固定安装于磁悬浮平台（2）上，控制系统（3）同时控制磁悬浮平台（2）的稳定悬浮及扭转控制和方位-俯仰两轴稳定转台（1）的伺服控制；
磁悬浮平台（2）实现方位-俯仰两轴稳定转台与基座姿态干扰隔离作用；其中动基座（4）与磁轴承动子铁心环（8）和磁轴承动子导磁环（6）之间通过螺丝固定连接，磁轴承的永磁环（7）粘合在磁轴承动子导磁环（6）中，磁轴承动子导磁环（6）与磁轴承动子铁心环（8）粘合在一起，线圈（11）缠绕固定在定子导磁环（12）上，定子导磁环（12）与定子磁极（13）粘合在一起，磁轴承动子铁心环（8）与定子磁极（13）之间为气隙（9），第二气隙（10）位于磁轴承动子铁心环（8）的上下两层之间，力矩器（14）通过螺丝固定连接于定子磁极（13）上，同时具备径向气隙保护作用，上电涡流传感器（15）和下电涡流传感器（16）分别安装在力矩器（14）的上下两面，具有测量径向位移，并通过差分方式测量扭转角度，下电涡流传感器（16）通过螺丝连接至定基座（9）；
小型磁悬浮稳定平台的工作过程如下：磁悬浮平台（2）的磁轴承系统实现轴向和径向两个转动自由度的被动悬浮，两个径向方向平动的主动控制悬浮，由此实现磁悬浮平台（2）5自由度悬浮，并由力矩器（14）实现径向两个转动自由度的主动控制；当基座产生径向两个转动自由度的干扰时，由于轴向磁轴承气隙的存在和轴承刚度阻尼参数的作用，使得磁悬浮平台（2）的运动角度小于载体的运动角度，实现磁悬浮平台（2）的中高频的被动惯性稳定；
当方位-俯仰两轴稳定转台（1）不工作在过顶盲区范围时，由方位-俯仰两轴稳定控制实现基座低频干扰的稳定，当工作在过顶盲区范围时，由方位-俯仰两轴稳定转台（1）的速率陀螺和磁悬浮平台（2）的力矩器（14）形成闭环反馈，实现两轴稳定跟踪转台的常平架式稳定。
2.如权利要求1所述的一种小型磁悬浮稳定平台，其特征在于：控制系统（3）是基于数字信号处理器和可编程逻辑器件的控制器和基于智能功率模块的驱动器。
3.如权利要求1所述的一种小型磁悬浮稳定平台，其特征在于：永磁体所在的动子部分在气隙处是整环结构，定子部分分为4个磁极的结构，这4个磁极沿圆周方向均布，线圈缠绕在上下两组磁极之间的位置以节省轴向长度空间。
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