[发明专利]一种五自由度主动磁悬浮惯性稳定平台

说明书

技术领域

本发明属于航空遥感技术领域，涉及一种安装于飞机内部，隔离飞机角运动及振动，实现载荷对地垂直的五自由度磁悬浮惯性稳定平台，适用于航空遥感、基础测绘等领域；也可用于车载、舰载等伺服跟踪。

背景技术

航空遥感三轴惯性稳定平台是机载对地观测的关键设备之一，其功能是支承成像载荷并隔离飞行载体三个方向姿态角运动及外部扰动，使成像载荷视轴在惯性空间内始终跟踪并垂直于当地水平，提高成像分辨率。然而由于航空应用环境的限制，惯性稳定平台结构上需要同时具有体积小、重量轻和承载比大等特点，因此设计上需要在满足动静态性能的前提下进行紧凑性优化设计。

在现有的航空惯性稳定平台设计中，然而现有惯性稳定平台存在许多不足，总体表现为在体积、负载/自重比、精度等方面的系统性不足，即难以找到集以上各方面优点为一体的产品。由于商品化等因素影响，国外体积小重量轻的产品往往精度较低、承载力小，而精度高的产品又往往体积和重量较大；另外，许多产品国外稳定平台的代表如瑞士Leica公司的PAV30及最新的产品PAV80，国内稳定平台如专利200910089155.6和201110214640.9等，其框架轴系都是采用纯机械支撑，当承载大负载时，各框架轴承承担的压力很大，因此增大了机械轴承的摩擦力，当各框架轴进行转动控制负载姿态时，该摩擦力会进一步影响控制精度。方位框与平台本体直接接触，无法实现姿态微调，导致其精度难以进一步提高。

发明内容

本发明的技术解决问题是：针对航空遥感三轴惯性稳定平台中的不足，提出一种精度高、大负载、质量轻的五自由度磁悬浮惯性稳定平台。

本发明的技术解决方案是：一种五自由度主动磁悬浮惯性稳定平台包括：平台框架系统、驱动系统、减震系统、磁悬浮支撑系统、惯性测量系统和转角测量系统；平台框架系统自下而上依次为底板、底座、横滚框、俯仰下框、俯仰框、方位下框、方位框组成；惯性稳定平台工作时，相机置于方位框之上；横滚框的回转轴沿着飞机的飞行方向，用以隔离飞机的横滚角运动；俯仰框的回转轴沿飞机机翼方向，用以隔离飞机的俯仰角运动；方位框的回转轴垂直向下，用以隔离飞机的方位角运动；底板与飞机固连，底座通过减震系统与底板固连在一起；底座上固定两个横滚框支座，横滚框通过同轴安装在横滚支座上的两个横滚轴上，实现横滚框绕横滚轴的自由旋转；俯仰框通过同轴安装在横滚框上的两个俯仰轴，实现俯仰框绕横滚框的自由旋转；方位框则通过磁悬浮支撑系统实现方位框相对俯仰框的主动五自由度悬浮；俯仰下框通过螺钉紧固于俯仰框底部，方位下框紧固于方位框底部；方位框的转轴、俯仰轴、横滚轴相互正交；驱动系统包括横滚框驱动系统、俯仰框驱动系统和方位框驱动系统；横滚框驱动系统由横滚力矩电机、横滚行星齿轮减速器、横滚减速器齿轮、横滚齿轮依次串接而成；俯仰框驱动系统由俯仰力矩电机、俯仰行星齿轮减速器、俯仰减速器齿轮、俯仰齿轮依次串接而成；方位驱动系统则由永磁同步力矩电机实现对方位组件的直驱，其中电机定子安装于俯仰下框，电机转子安装于方位框；减震系统由固连在底板与底座之间的四个金属减震器构成，对称安装于四个角；磁悬浮支撑系统包括磁轴承组件和磁轴承保护块、磁轴承传感器，磁轴承组件包括轴向磁轴承定子、轴向磁轴承转子、径向磁轴承定子、径向磁轴承转子，轴向磁轴承定子通过螺钉紧固于俯仰框和俯仰下框，轴向磁轴承转子紧固于方位框，径向磁轴承定子紧固于俯仰下框，径向磁轴承转子安装在方位框，磁轴承保护块安装在俯仰下框中，磁轴承传感器安装在俯仰下框；惯性测量系统包括X向陀螺、Y向陀螺、Z向陀螺、X向加速度计和Y向加速度计及磁罗盘）；其中X向陀螺和Y向陀螺通过正交式横滚俯仰陀螺支架安装在俯仰下框上，Z向陀螺安装在方位下框上，X向加速度计、Y向加速度计通过正交式加计支架安装在俯仰下框上；磁罗盘安装在方位下框底部；所述X向陀螺敏感轴沿横滚轴方向，Y向陀螺敏感轴沿俯仰轴方向，Z向陀螺敏感轴沿方位框转轴方向，X向加速度计敏感轴与横滚轴方向正交，Y向加速度计敏感轴与俯仰轴方向正交；转角测量系统由两个码盘，即横滚码盘、俯仰码盘和光栅尺组成；其中横滚码盘直接安装于横滚轴外端，测量横滚框相对底座的转角；俯仰码盘直接安装于俯仰轴外端，测量俯仰框相对于横滚框的转角；光栅尺安装于方位下框与俯仰下框之间，测量方位框相对于俯仰框的转角。

所述横滚框结构为悬挂整体式密闭结构，回转轴沿飞机飞行方向；俯仰下框、俯仰框、方位下框和方位框设计成中空的环型结构；