CN211519904U - 磁悬浮关节多自由度动力学控制试验系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了磁悬浮关节多自由度动力学控制试验系统，属于真空测试设备领域，包括基座、平面支撑台、球面气浮轴承、气浮杆和转动惯量模拟块，所述平面支撑台固设在所述基座的上端面，所述球面气浮轴承设在所述平面支撑台的上端，所述球面气浮轴承的上端面为球形气浮面，所述球面气浮轴承的下端面为直线气浮面，所述气浮杆的上端与所述球形气浮面配合设置，所述气浮杆的下端穿过所述球面气浮轴承和平面支撑台后通过联轴器与磁悬浮关节转子连接，所述气浮杆的上端面与所述转动惯量模拟块固定连接。本实用新型针对快速旋转成像卫星设置，能够很好地满足卫星在轨零重力环境的模拟以及成像指标的测试试验。

Description

磁悬浮关节多自由度动力学控制试验系统

技术领域

本实用新型属于真空测试设备领域，涉及磁悬浮关节多自由度动力学控制试验系统。

背景技术

随着我国航天产业的快速发展，低轨遥感卫星越来越受到重视，某新型遥感卫星，采用了环扫超宽幅成像方法，即利用磁悬浮关节带动相机载荷实现转动，使得相机能够覆盖垂直于星下点轨迹的条带状区域，相比于传统的遥感卫星，极大的提高了成像覆盖特性，因而相机载荷旋转的精度与稳定性对于成像尤为重要，但在地面重力场环境下，磁悬浮关节无法承担相机的重量，难以进行相关试验，需要在地面针对磁悬浮关节与相机载荷构建一种零重力模拟与动力学仿真试验系统。

磁悬浮关节是环扫超宽幅成像遥感卫星关键部件，其带动相机载荷实现稳定的旋转。由于磁悬浮关节定子与转子之间有较大的间隙，因此其在旋转过程中，定子在小范围内存在六个自由度的运动。其中径向平动和绕中心三轴旋转的五个自由度会对成像质量产生影响，因此是地面测试试验的关键点。

实用新型内容

本实用新型要解决的问题是在于提供磁悬浮关节多自由度动力学控制试验系统，针对快速旋转成像卫星设置，能够很好地满足卫星在轨零重力环境的模拟以及成像指标的测试试验。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：磁悬浮关节多自由度动力学控制试验系统，包括基座、平面支撑台、球面气浮轴承、气浮杆和转动惯量模拟块，所述平面支撑台固设在所述基座的上端面，所述球面气浮轴承设在所述平面支撑台的上端，所述球面气浮轴承的上端面为球形气浮面，所述球面气浮轴承的下端面为直线气浮面，所述气浮杆的上端与所述球形气浮面配合设置，所述气浮杆的下端穿过所述球面气浮轴承和平面支撑台后通过联轴器与磁悬浮关节转子连接，所述气浮杆的上端面与所述转动惯量模拟块固定连接。

进一步的，所述基座的断面为八字形结构，所述基座上设有多个减重孔。

进一步的，所述球面气浮轴承为五自由度气浮轴承，所述球形气浮面上均布有多个出气孔，所述直线气浮面的下端均布有多个出气孔。

进一步的，所述转动惯量模拟块是成像遥感卫星的模拟块，所述基座的外侧设有防护架，所述防护架靠近所述转动惯量模拟块的一端设有测试架，所述测试架为水平放置的U形，所述测试架的内部设有对转动惯性模拟块进行平面度检测的光栅检测器或光电传感器。

进一步的，所述转动惯量模拟块的上端设有质心调平组件，所述质心调平组件与控制中心电连接，所述控制中心设在转动惯量模拟块的上端面。

进一步的，所述质心调平组件为电机通过丝杠结构调节多个质量块移动的结构，所述质心调平组件为罗升或上银品牌。

进一步的，所述转动惯量模拟块的上端设有防护罩，所述质心调平组件和控制中心设在所述防护罩内。

进一步的，所述磁悬浮关节转子设在定子的内圈且二者同轴设置，所述定子设在关节支座上。

与现有技术相比，本实用新型具有的优点和积极效果如下。

1、本实用新型设置球体气浮轴承，可同时向下和向上出气，从而使球体气浮轴承悬浮于平面支撑台上，实现平动自由度的零重力模拟，同时其上部设置为球形气浮面，球窝出气将气浮杆整体悬浮起来，同时球体气浮轴承中心留有通孔使得气浮杆下端与其无位置干涉，可实现一定角度范围内三轴旋转自由度的零重力模拟，满足卫星在轨零重力环境的模拟以及成像指标的测试试验；

2、本实用新型设置质心调平组件，实现整个结构质心的精确调平，保证模拟系统最终质心处于球体气浮轴承的球心位置，以减小质心与旋转中心不重合而产生的干扰力矩，提升测试精度；

3、测试架的内部设有对转动惯性模拟块进行平面度检测的光栅检测器或光电传感器，用于本结构整体干扰力矩检测标定以及球体气浮轴承指标测试；

4、转动惯量模拟块的上端设有防护罩，减小试验系统在旋转过程中的风阻干扰力。

附图说明

构成本实用新型的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1是本实用新型磁悬浮关节多自由度动力学控制试验系统的结构示意图；

图2是本实用新型球形气浮轴承及相关零件配合的结构示意图；

图3是本实用新型磁悬浮关节多自由度动力学控制试验系统应用的结构示意图。

附图标记：

1、基座；11、减重孔；2、平面支撑台；3、球面气浮轴承；31、球形气浮面；32、直线气浮面；4、气浮杆；5、转动惯量模拟块；51、质心调平组件；52、控制中心；53、防护罩；6、联轴器；7、磁悬浮关节转子；71、定子；8、关节支座；9、防护架；10、测试架；101、感应开关。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

下面结合附图对本实用新型的具体实施例做详细说明。

如图1～图3所示，磁悬浮关节多自由度动力学控制试验系统，包括基座1、平面支撑台2、球面气浮轴承3、气浮杆4和转动惯量模拟块5，平面支撑台2固设在基座1的上端面，球面气浮轴承3设在平面支撑台2的上端，球面气浮轴承3的上端面为球形气浮面31，球面气浮轴承3的下端面为直线气浮面32，气浮杆4的上端与球形气浮面31配合设置，气浮杆4的下端穿过球面气浮轴承3和平面支撑台2后通过联轴器6与磁悬浮关节转子7连接，气浮杆4的上端面与转动惯量模拟块5固定连接，基座1为球面气浮轴承3提供一个良好的气浮平面，以实现稳定的悬浮，基座1为试验系统提供一个稳定可靠的基础支撑。

优选地，基座1的断面为八字形结构，此结构承重性比较好，性能稳定，基座1上设有多个减重孔11，降低基座1的重量，方便转运，同时也降低成本。

优选地，球面气浮轴承3为五自由度气浮轴承，球形气浮面31上均布有多个出气孔，直线气浮面32的下端均布有多个出气孔，气浮杆4与球面气浮轴承3之间设有间隙，同时气浮杆4与平面支撑台2之间也设有间隙，即可实现一定角度范围内三轴旋转自由度的零重力模拟。

优选地，转动惯量模拟块5是成像遥感卫星的模拟块，基座1的外侧设有防护架9，防护架9靠近转动惯量模拟块5的一端设有测试架10，测试架10为水平放置的U形，测试架10的内部设有对转动惯性模拟块进行平面度检测的感应开关101，感应开关101为光栅检测器或光电传感器，用于本结构整体干扰力矩检测标定以及球体气浮轴承指标测试。

优选地，转动惯量模拟块5的上端设有质心调平组件51，质心调平组件51与控制中心52电连接，控制中心52设在转动惯量模拟块5的上端面，实现整个结构质心的精确调平，保证模拟系统最终质心处于球体气浮轴承的球心位置，以减小质心与旋转中心不重合而产生的干扰力矩，提升测试精度，主要包括姿态测算模块和调节模块，测算模块直接从市场上购买即可，也可从调节模块的厂家购买，优选为罗升或上银品牌，测算组件用于测量台体的运动参数，并用之计算出相应的不平衡力矩以及调节系统的调节量，并发指令给调节模块；调节模块在接收到指令之后，将指令传递给硬件执行，质心调整系统由陀螺仪、倾角测试仪、直线导轨、质量块、驱动器、电机等组成，优选地，质心调平组件51为电机通过丝杠结构调节多个质量块移动的结构，质心调平组件51为罗升或上银品牌；控制中心52主要实现试验系统的供电、指令传输以及数据处理等，包括控制计算机、无线通讯装置、电源及电源分配箱等电控类辅助设备，控制采用PLC控制程序，简单，方便调节；更优选地，控制中心52设置防护组件，防护组件主要防止系统快速旋转过程中出现的意外情况，保证试验的绝对安全，主要包括抱闸、急停开关等电器元件，均由控制中心52进行电控制。

优选地，转动惯量模拟块5的上端设有防护罩53，质心调平组件51和控制中心52设在防护罩53内，减小试验系统在旋转过程中的风阻干扰力。

优选地，磁悬浮关节转子7设在定子71的内圈且二者同轴设置，定子71设在关节支座8上，磁悬浮关节系统包含磁悬浮关节转子7、磁悬浮关节定子71以及关节支座8等，磁悬浮关节为卫星真实设备，是试验系统指标验证和考核的对象，关节支座8用于磁悬浮关节的稳定安装与初始调平。

在实际使用的过程中，本结构主要用于环扫超宽幅成像遥感卫星动力学仿真试验，验证磁悬浮关节带动相机载荷旋转的稳定性与精度，根据实际任务需要，配置相机载荷模拟，即转动惯量模拟块5的设置和安装，保证其转动惯量与卫星状态一致，并精调机构质心，保证质心位于球心处，在五自由度的球体气浮轴承的通气悬浮状态下，使用联轴器6将气浮球杆与磁悬浮关节连接，开启试验系统台上电控设备、检测系统等，启动磁悬浮关节，开始相关旋转测试，此结构实现了真空状态的模拟测试，满足了测试环境的设定，保证了测试的精度和可靠性。

以上对本实用新型的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本实用新型的较佳实施例，不能被认为用于限定本实用新型的实施范围。凡依本实用新型申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本实用新型的专利涵盖范围之内。

Claims (8)

1.磁悬浮关节多自由度动力学控制试验系统，其特征在于：包括基座、平面支撑台、球面气浮轴承、气浮杆和转动惯量模拟块，所述平面支撑台固设在所述基座的上端面，所述球面气浮轴承设在所述平面支撑台的上端，所述球面气浮轴承的上端面为球形气浮面，所述球面气浮轴承的下端面为直线气浮面，所述气浮杆的上端与所述球形气浮面配合设置，所述气浮杆的下端穿过所述球面气浮轴承和平面支撑台后通过联轴器与磁悬浮关节转子连接，所述气浮杆的上端面与所述转动惯量模拟块固定连接。

2.根据权利要求1所述的磁悬浮关节多自由度动力学控制试验系统，其特征在于：所述基座的断面为八字形结构，所述基座上设有多个减重孔。

3.根据权利要求1所述的磁悬浮关节多自由度动力学控制试验系统，其特征在于：所述球面气浮轴承为五自由度气浮轴承，所述球形气浮面上均布有多个出气孔，所述直线气浮面的下端均布有多个出气孔。

4.根据权利要求1所述的磁悬浮关节多自由度动力学控制试验系统，其特征在于：所述转动惯量模拟块是成像遥感卫星的模拟块，所述基座的外侧设有防护架，所述防护架靠近所述转动惯量模拟块的一端设有测试架，所述测试架为水平放置的U形，所述测试架的内部设有对转动惯性模拟块进行平面度检测的光栅检测器或光电传感器。

5.根据权利要求1所述的磁悬浮关节多自由度动力学控制试验系统，其特征在于：所述转动惯量模拟块的上端设有质心调平组件，所述质心调平组件与控制中心电连接，所述控制中心设在转动惯量模拟块的上端面。

6.根据权利要求5所述的磁悬浮关节多自由度动力学控制试验系统，其特征在于：所述质心调平组件为电机通过丝杠结构调节多个质量块移动的结构，所述质心调平组件为罗升或上银品牌。

7.根据权利要求6所述的磁悬浮关节多自由度动力学控制试验系统，其特征在于：所述转动惯量模拟块的上端设有防护罩，所述质心调平组件和控制中心设在所述防护罩内。

8.根据权利要求1～7任一项所述的磁悬浮关节多自由度动力学控制试验系统，其特征在于：所述磁悬浮关节转子设在定子的内圈且二者同轴设置，所述定子设在关节支座上。

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