[发明专利]基于框架控制与一体化隔振的平流层飞艇二次稳定系统

说明书

技术领域

本发明属于航空航天控制领域，涉及一种支撑平流层飞艇载荷工作平台的 二次稳定系统。

背景技术

高分辨率对地观测系统重大专项是国务院《国家中长期科学和技术发展规 划纲要(2006-2020年)》确定的16项重大专项中的一项，是我国科技发展的 重中之重，是一个创新的大系统。高分辨率对地观测系统把平流层对地观测分 系统(简称为平流层分系统)列为与天基和航空同一层次的对地观测分系统。 建立平流层分系统具有十分重要的战略意义，平流层飞艇技术的发展，也必将 实现将我国的主权扩展到近空间，占领新的战略制高点的目标。

平流层飞艇的质量体积比不到飞机的十分之一，推力重量比远小于飞机， 平流层飞艇具有庞大的艇身，内部结构由气囊、多个副气囊、加强筋和吊舱等 组成，造成了平流层飞艇的大惯性，大时间常数等特性。受风场和温差等外部 环境影响，飞艇对气象条件的变化较为敏感，留空时间相对较长，每次工作的 环境参数随机变化性较大，但可见光等潜在的平流层飞艇应用任务对控制系统 提出了极高的要求，如需要为载荷提供≤0.1°的指向精度和≤0.001°/s的稳定 度。

从飞艇艇身的自身特点和目前的控制水平来看，仅仅依靠目前采用的对平 流层飞艇庞大的艇身直接进行控制的作法远远不能满足任务的基本要求。而当 前国内外对飞艇的研究一般集中在飞艇平台的研究，而对二次稳定平台等相关 技术还没有相关的方案提出。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种控制精度高、 稳定性好的基于框架控制与一体化隔振的平流层飞艇二次稳定系统。

本发明的技术解决方案是：基于框架控制与一体化隔振的平流层飞艇二次 稳定系统，包括主被动一体化隔振器、水平稳定平台、框架驱动单元和控制器， 整个稳定系统均置于飞艇的吊舱内，水平稳定平台通过主被动一体化隔振器固 定于吊舱的底部，框架驱动单元置于水平稳定平台上，框架驱动单元的方位轴 与水平稳定平台垂直，载荷安装在框架驱动单元倾斜轴的末端：

主被动一体化隔振器：由被动隔振器和主动隔振器共同构成，被动隔振器 隔离频率大于20Hz的高频振动，主动隔振器隔离频率范围为10Hz～20Hz的低 频振动；

水平稳定平台：包括台面、姿态测量装置和两套驱动机构，姿态测量装置 实时获取台面的滚动角和俯仰角以及滚动角速度和俯仰角速度并送至控制器， 两套驱动机构根据控制器的控制指令对台面进行控制，使得台面相对于当地水 平面的滚动角和俯仰角以及滚动角速度和俯仰角速度均为零；

框架驱动单元：包括两套框架驱动机构，分别驱动倾斜轴和方位轴，每套 框架驱动机构均由步进电机、谐波齿轮减速装置和感应同步器构成，步进电机 根据控制器发出的脉冲指令输出步进角度至谐波齿轮减速装置，谐波齿轮减速 装置将步进角度输出至载荷，使得载荷的指向与目标指向一致；感应同步器测 量载荷在倾斜轴和方位轴的转动角度并送至控制器；

控制器：测量主被动一体化隔振器的振动加速度信息，利用测量值得到控 制量并输出至主动隔振器；根据姿态测量装置的测量信息获取水平稳定平台的 角度控制量并分别送至两套驱动机构；根据感应同步器测量的载荷在倾斜轴和 方位轴的转动角度获取步进控制量并送至步进电机。

所述的步进控制量包括倾斜步进角和方位步进角；计算倾斜步进角时，首 先通过目标点和飞艇当前的位置坐标以及水平稳定平台与飞艇形心的相对位置 计算出相对倾斜角，然后将相对倾斜角与框架驱动单元的倾斜轴当前转角作差 获得倾斜步进角；计算方位步进角时，首先获得目标点与飞艇当前位置的相对 方位角，然后将相对方位角依次与飞艇的偏航角以及框架驱动单元方位轴相对 于零位的转角作差获得方位步进角。

所述的主动隔振器的执行机构为音圈电机。

所述的被动隔振器包括隔板、两个弹簧和两个阻尼器，隔板和水平稳定平 台之间设置第一弹簧和第一阻尼器，隔板和飞艇的吊舱底面之间设置第二弹簧 和第二阻尼器。

本发明与现有技术相比的优点在于：