CN107196062A - 高带宽天线伺服控制稳定平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开的一种高带宽天线伺服控制稳定平台，旨在提供一种传动刚度高、摩擦阻力小、可实现同口径天线扫描跟踪的稳定平台。本发明通过下述技术方案予以实现：两根推拉连杆组件(7)对称陀螺组件(5)，连接在框架上，带有俯仰旋转变压器(11)的俯仰驱动电机(9)通过固联两侧方位驱动电机(10)的俯仰驱动框架(6)，固联在两侧方位驱动电机的中部，推拉连杆组件将方位驱动框架(2)、俯仰驱动框架连接天馈负载上框架(1)，形成双框架四推拉杆的平行四边形机构，推拉连杆组件(7)通过球头(15)螺纹调节推拉连杆组件的长度，驱动天馈负载上框方位、俯仰两个自由度的运动，将运动能传递给上负载框架，实现驱动框架对负载框架的传动。

Description

高带宽天线伺服控制稳定平台

技术领域

本发明涉及一种利用惯性器件测量平台的运动并进行稳定控制，广泛用于雷达雷达等航天领域的同口径天线高带宽天线伺服控制稳定平台结构。

背景技术

稳定平台是惯性稳定中的常见装置，在主要用于感知天线状态并反馈系统相关信息。稳定平台一般由驱动电机、传动结构部件和执行机构等几个部分组成。根据使用的环境不同以及使用条件不同选择合适的方案开展设计。控制带宽是稳定平台惯性控制系统的一个重要指标。为了使得天线在运动过程中完成对目标的扫描和跟踪，必须采用伺服稳定平台。根据载体姿态信息，通过转台控制天线运动。通常稳定平台的结构形式有陀螺框架直接驱动、齿轮驱动、弓形齿弧驱动、连杆驱动，惯性平台的稳定以陀螺为关键器件，两轴天线伺服控制稳定平台在不同方位转角情况下，天线稳定平台分别采用单自由度陀螺和测速发电机构成速率闭环反馈，由于机械结构、传感器带宽等条件的限制，很难提高闭环带宽。而速率反馈稳定的能力同速率控制带宽密切相关。在机械结构对带宽的影响中机械谐振频率，特别是扭振频率影响最为明显，因此传统的齿轮传动式稳定平台在此方面有先天不足。随着设备的功能和作用距离增加，设备的安装空间与作为稳定平台负载的天线的口面尺寸矛盾变得越来越明显，稳定平台的运动包络必须尽量缩小，从而做到天线与载体达到“同口径”的目的。以此为前提，直接驱动方式和普通的齿轮驱动方式均难以满足要求。

在本领域中，稳定平台实施方式多种多样，直接驱动、齿轮驱动、弓性齿弧驱动、及连杆驱动均有见报道，但是同口径稳定平台相关报道鲜有。

目前与连杆相关的稳定平台或伺服转台相关的文献有：

在已知的本领域实施方式中，中国专利申请104990458A公开了一种拉杆式红外成像导引头位标器，包括支座、立板、内框架、光学组件、外驱动系统、内驱动系统。单该位标器为一维推拉杆（连杆）传动，运动包络大，不能满足平板裂缝阵天线同口径设计要求。

在已知的本领域实施方式中，中国专利申请201610173314.0公开了一种新型并联舰载雷达天线稳定平台，包括天线、动平台、机座，连接动平台、机座的三条运动支链，每条运动支链均由下连杆、中连杆和上连杆组成，天线与动平台固连。但该稳定平台体积大，纵深长，其结构形式并不适合弹上安装。

在已知的本领域实施方式中，中国专利申请201520632751.5公开了一种小口径稳定平台，这种稳定平台包括一维连杆机构和一维直接驱动机构，该产品虽然较小，但是由于一个维度采用的直接驱动，导致口面可用面积缩小，不能满足雷达稳定平台同口径的要求。

在已知的本领域实施方式中，中国专利申请201010200590.4公开了一种高精度二自由度稳定平台，包括上层平台、中层平台、下层平台、曲柄、曲柄轴、曲柄连接件、中层大轴等部件，该平台作为测试设备用，体积大。

发明内容

本发明目的是在上述现有技术不足之处，提供一种结构紧凑、传动刚度高、摩擦阻力小、可实现同口径天线扫描跟踪的高带宽天线伺服控制稳定平台。

本发明上述目的可以通过以下方式来实现：一种高带宽天线伺服控制稳定平台，包括：置于方位驱动框架2四角顶点位置的推拉连杆组件7，安装在方位驱动框架2的陀螺组件5，方位驱动电机10和俯仰驱动电机9，其特征在于：两根推拉连杆组件7对称陀螺组件5，连接在框架上，带有方位旋转变压器12的方位驱动电机10固联在下部框架的内侧两端，带有俯仰旋转变压器11的俯仰驱动电机9通过固联两侧方位驱动电机10的俯仰驱动框架6，固联在两侧方位驱动电机10的中部，方位驱动电机10的上方固联有十字铰链8，方位驱动框架2的底座4置于俯仰驱动框架6内部，并反置于俯仰驱动框架6外部，推拉连杆组件7将方位驱动框架2、俯仰驱动框架6连接天馈负载上框架1，形成双框架四推拉杆的平行四边形机构，推拉连杆组件7通过球头15上自带的螺纹调节推拉连杆组件7的长度，驱动天馈负载上框1方位、俯仰两个自由度的运动，将运动能传递给上负载框架1，实现驱动框架对负载框架的传动。推拉连杆组件7上下连接天馈负载上框架1和方位驱动框架2及其底座4，

本发明相比于现有技术具有如下有益效果：

结构紧凑、传动刚度高。本发明利用平行四边形的机构原理，两轴稳定平台在不同方位转角情况下，设计两个十字正交的运动框架，靠近天馈部分的十字框架仅承担天馈的承载作用，通过远离天馈部分的十字框架上安装电机、测角测速元件，完成驱动和反馈的作用，双框架四推拉连杆机构将转轴直径做小并靠近天线面，从而实现运动包络最小；上下框架通过四连杆连接，四连杆之间通过加工及精装配调节保证等高。天馈负载上框架1能够尽可能有完整和足够的空间安装天馈的收发组件，将所述驱动框架的底座4置于俯仰驱动框架6内部而方位驱动框架2反置于俯仰驱动框架6外部，从而增大方位驱动框架2的面积，实现置于方位驱动框架2四角顶点位置的推拉连杆组件7间距拉大。天馈负载上框架1利用天馈本体，采用结构功能一体化设计，最大程度为稳定平台负载减重，同时利用十字铰链8与底座4顶部结构件固连，最后采用推拉连杆组件7将方位驱动框架2、俯仰驱动框架6与天馈负载上框架1连接形成平行四边形机构，由于推拉连杆组件7通过球头15上自带的螺纹可以调节推拉连杆组件7的长度，从而可实现平行四边形中轴线装配误差与推拉连杆组件7等高且误差可调，进一步使得稳定平台下部框架的运动能高精度传递给上负载框架1，实现高精度的传动；

摩擦阻力小。本发明采用双框架四推拉杆机构稳定平台，利用平行四边形的机构原理将驱动框架与负载框架分开，实现了稳定平台同口径、高刚度、高精度的目的。其中，采用的四推拉连杆组件7稳定置于天馈负载上框45°对角线位置，从而使得推拉连杆组件7可以同时驱动天馈负载上框1方位、俯仰两个自由度的运动，将四推拉连杆组件7通过调节使其可以在铰链座内部顺畅滑动后，使得四推拉连杆组件7之间误差抵消，提高了传动精度，同时还提高了传动刚度，提高了抗振能力。在推拉连杆组件7下部，设计4处钨基合金的活动配重结构3，从而实现稳定平台配重。综合上诉设计，实现了该稳定平台的高装配密度，高刚度，小摩擦以及其本身功能。在有限的空间体积内实现了同口径天线±20°的框架角扫描，跟踪以及平台的稳定。天馈负载上框架1采用了结构功能一体化设计方案。由于将真正的被驱动负载—天馈负载上框架1，与驱动部分方位驱动框架2和俯仰驱动框架6彻底分开，因此天馈负载上框架1的质量小，刚度好，完全可以即作为用于转动的结构件又可作为天线的结构功能件，从而实现产品的小型化，轻量化设计。在四个推拉连杆组件7机构的下方安装了4个钨基合金的活动配重装置3，配重装置安装在球头铰链下盖16上，此零件下部攻有螺纹，使得配重装置3可以通过螺纹进行上下调节，最终实现配重后通过螺钉并紧实现锁紧。从而实现了稳定平台方位俯仰两个方向上的动态平衡调节，使得稳定平台调平衡过程直观而快速，增加了调平效率。

可以按照最大口径设计。本发明下方位驱动框架2和俯仰驱动框架6在传统的陀螺十字框架基础上，将框架的内外框调转反置，将环状框架的内部空间用于放置较为细长且静止不动的底座4。从而采用本发明的结构形式的天馈负载上框1外圈在外部，不受限制，可以按照最大口径设计。上述负载框架1中上采用了小型十字铰链8的结构，使得如图4转轴中心距离天线面仅为23mm,从而使得在负载框架1（天线）口面直径为Ø160的情况下，天馈负载上框架1天线的运动包络仅为Ø165mm，从而实现了天线的同口径设计。

本发明中整个稳定平台的体积仅为Ø160×119，在目前的文献中并未有在此体积下实现同口径且框架角±20°的产品报道。

附图说明

图1是本发明一种高带宽机推拉杆扫稳定平台结构的正三轴测图。

图2是图1的剖视图。

图3是图1去负载框架1后的正三轴测图。

图4是图3俯视剖面图。

图5是图1推拉连杆部位局部剖视图。

图6图1的运动关系示意图。

图中：1天馈负载上框架，2方位驱动框架，3活动配重装置，4底座，5陀螺组件，6俯仰驱动框架，7推拉连杆组件，8十字铰链，9俯仰电机，10方位电机，11俯仰旋转变压器，12方位旋转变压器，13推拉杆（连杆），14球头铰链上盖，15球头，16球头铰链下盖，17球头铰链下盖螺钉，左俯仰主轴18，右俯仰主轴19，左方位主轴20，右方位主轴21。

具体实施方式

参阅图1-图4。在以下描述的实施例中，一种高带宽机推拉杆稳定平台，包括：置于方位驱动框架2四角顶点位置的推拉连杆组件7，通过推拉连杆组件7上下连接天馈负载上框架1和方位驱动框架2及其底座4，安装在方位驱动框架2的陀螺组件5，方位驱动电机10和俯仰驱动电机9。其中，两根推拉连杆组件7对称陀螺组件5，连接在弓形框架上，带有方位旋转变压器12的方位驱动电机10固联在下部弓形框架的内侧两端，带有俯仰旋转变压器11的俯仰驱动电机9通过固联两侧方位驱动电机10的俯仰驱动框架6，固联在两侧方位驱动电机10的中部，方位驱动电机10的上方固联有十字铰链8，方位驱动框架2的底座4置于俯仰驱动框架6内部，并反置于俯仰驱动框架6外部，推拉连杆组件7将方位驱动框架2、俯仰驱动框架6连接天馈负载上框架1形成双框架四推拉杆的平行四边形机构，推拉连杆组件7通过球头15上自带的螺纹调节推拉连杆组件7的长度，驱动天馈负载上框1方位、俯仰两个自由度的运动，将运动能传递给上负载框架1，实现传动。

在俯仰驱动框架6的中心轴系安装孔内装有方位电机10和方位旋转变压器12，标准深沟球轴承套入方位驱动框架2，再从方位驱动框架2两端安装孔处装入左方位主轴20及右右主轴21从而形成实现方位电机10通过键驱动方位驱动框架2的方位机构的完整轴系。此时在方位驱动框架2上的方位电机10以及左方位主轴20、右右主轴21中间隙和轴肩处垫入调整垫片，同时底座4上部的十字铰链8与轴承接触处也垫入适量垫片，调节此两处的垫片，使之安装中心处于一平面，误差不超过±0.05。

在三坐标测量仪上测量出上负载框架1转十字铰链8的回转轴中心与底座4上转轴中心中心距并记录数据。根据上述测量数据，通过调节推拉连杆13和球头15上配对的螺纹从而调节推拉连杆组件7的长度，使之负载框架1转十字铰链8的回转轴中心与底座4上转轴中心中心距匹配，在调节过程中在推拉连杆13和球头15加入调整垫片，使推拉连杆13和球头15安装时无间隙。球头在装入球头铰链上盖13和球头铰链下盖16后调整球头铰链上盖13和球头铰链下盖16的间隙使球头铰链上盖13和球头铰链下盖16以及球头15之间可顺利滑动无卡滞且无间隙。

参阅图5。推拉杆13与球头15通过螺纹连接，通过此螺纹可以实现推拉杆整体长度的调节，从而与底座4和其他推拉杆长度匹配达到四推拉杆协调工作的目的。推拉杆13与球头15之间使用调整垫片以填补13与15调整后形成的间隙。球头铰链上盖14和球头铰链下盖16形成与球头15形成完整的球头轴承铰链球头轴承瓦，使球头铰链上盖14，球头铰链下盖16和球头15之间形成线接触。在球头铰链上盖14，球头铰链下盖16之间通过垫片调整间隙，以满足上述要求。

在底座4的中心轴系安装孔内安装有通过深沟球轴承支撑主轴的俯仰电机9，俯仰电机9主轴套入在俯仰驱动框架6上，俯仰驱动框架6两端制有装配左俯仰主轴18、俯仰旋转变压器11，以及右俯仰主轴19的安装孔，从而形成实现俯仰电机9通过键驱动俯仰驱动框架6的俯仰机构的完整轴系。在底座上部装配有通过支撑轴承装配的十字铰链8，从而形成上负载框架1的支撑结构；此时在俯仰驱动框架6上的俯仰电机9以及左俯仰主轴18、右俯仰主轴19中间隙和轴肩处垫入调整垫片，同时底座4上部的十字铰链8与轴承接触处也垫入适量垫片，调节此两处的垫片，使之安装中心处于一平面，误差不超过±0.05，此精度可用三坐标测量仪测量，垫入垫片时若垫片厚度差异较大，则需要用砂纸将垫片研细。

在实际应用时，将底座4安装于安装平台之上，方位电机10和俯仰电机9驱动方位驱动框架2和俯仰框架6实现稳定平台的扫描和跟踪功能，同时方位驱动框架2和俯仰框架6通过推拉连杆组件7将运动复制到天馈负载上框架1，从而实现天线面的同步运动。由于十字铰链8和天馈负载上框架1距离仅为23mm因此实现了在天线面为Ø160mm的情况下，运动包络仅为SØ165，实现了同口径传动；四推拉杆的协调传动实现了天线面的高精度传动和高刚度传动。

参阅图6。稳定平台分为了上框架和下框架，分别都为十字轴万向结构。下框架为较为典型的陀螺框架结构，但是将通常的陀螺框架结构进行了倒置设计，即不动的支撑框架位于运动机构内部，而活动部分位于外部，这样便可以通过内部框架支撑上框架的十字铰链，使结构紧凑利于小型化。下框架的方位和俯仰电机分别驱动下框架的方位和俯仰转轴使下框架产生二维的运动，此二维运动通过四周的四个推拉杆传递给上框架，又由于上框架中心采用了十字铰链，因此下框架的方位俯仰运动在上框架上不会形成耦合运动，上框架会完全复制下框架的运动，从而实现下框架和上框架的同步运动，从而实现了同口径要求下的直接驱动要求，提高了稳定平台的扭振频率、伺服带宽。

Claims (10)

1.一种高带宽天线伺服控制稳定平台，包括：置于方位驱动框架(2)四角顶点的推拉连杆组件(7)，安装在方位驱动框架(2)的陀螺组件(5)，方位驱动电机(10)和俯仰驱动电机(9)，其特征在于：两根推拉连杆组件(7)对称陀螺组件(5)，连接在框架上，带有方位旋转变压器(12)的方位驱动电机(10)，固联在下部框架的内侧两端，带有俯仰旋转变压器(11)的俯仰驱动电机(9)通过固联两侧方位驱动电机(10)的俯仰驱动框架(6)，固联在两侧方位驱动电机(10)的中部，方位驱动电机(10)的上方固联有十字铰链(8)，方位驱动框架(2)的底座(4)置于俯仰驱动框架(6)内部，并反置于俯仰驱动框架(6)外部，推拉连杆组件(7)将方位驱动框架(2)、俯仰驱动框架(6)连接天馈负载上框架(1)，形成双框架四推拉杆的平行四边形机构，推拉连杆组件(7)通过球头(15)上自带的螺纹调节推拉连杆组件(7)的长度，驱动天馈负载上框(1)方位、俯仰两个自由度的运动，将运动能传递给上负载框架(1)，实现驱动框架对负载框架的传动。

2.如权利要求1所述的高带宽天线伺服控制稳定平台，其特征在于：推拉连杆组件(7)上下连接天馈负载上框架(1)和方位驱动框架(2)及其底座(4)。

3.如权利要求1所述的高带宽天线伺服控制稳定平台，其特征在于：在俯仰驱动框架(6)的中心轴系安装孔内装有方位电机(10)和方位旋转变压器(12)，通过深沟球轴承套入方位驱动框架(2)。

4.如权利要求1所述的高带宽天线伺服控制稳定平台，其特征在于：方位驱动框架2两端安装孔处装有左方位主轴(20)及右右主轴(21)，从而形成实现方位电机(10)通过键驱动方位驱动框架(2)的方位机构的完整轴系。

5.如权利要求1所述的高带宽天线伺服控制稳定平台，其特征在于：在方位驱动框架(2)上的方位电机(10)以及左方位主轴(20)、右右主轴(21)中间隙和轴肩处垫有调整垫片。

6.如权利要求1所述的高带宽天线伺服控制稳定平台，其特征在于：底座(4)上部的十字铰链8与轴承接触处也垫有调节安装中心处于一平面的垫片。

7.如权利要求1所述的高带宽天线伺服控制稳定平台，其特征在于：调节推拉连杆(13)和球头(15)上配对的螺纹从而调节推拉连杆组件(7)的长度，使之负载框架(1)的十字铰链(8)的回转轴中心与底座(4)上转轴中心中心距匹配，在调节过程中在推拉连杆(13)和球头(15)加入调整垫片，使推拉连杆(13)和球头(15)安装时无间隙。

8.如权利要求1所述的高带宽天线伺服控制稳定平台，其特征在于：球头铰链上盖(14)和球头铰链下盖(16)形成与球头(15)形成完整的球头轴承铰链球头轴承瓦，使球头铰链上盖(14)，球头铰链下盖(16)和球头(15)之间形成线接触。

9.如权利要求1所述的高带宽天线伺服控制稳定平台，其特征在于：在底座(4)的中心轴系安装孔内安装有通过深沟球轴承支撑主轴的俯仰电机(9)，俯仰电机(9)主轴套入在俯仰驱动框架(6)上，俯仰驱动框架(6)两端制有装配左俯仰主轴(18)、俯仰旋转变压器(11)，以及右俯仰主轴(19)的安装孔，从而形成实现俯仰电机(9)通过键驱动俯仰驱动框架(6)的俯仰机构的完整轴系。

10.如权利要求1所述的高带宽天线伺服控制稳定平台，其特征在于：底座(4)安装于安装平台之上，方位电机(10)和俯仰电机(9)驱动方位驱动框架(2)和俯仰框架(6)，实现稳定平台的扫描和跟踪功能，同时方位驱动框架(2)和俯仰框架(6)通过推拉连杆组件(7)将运动复制到天馈负载上框架(1)，实现天线面的同步运动。