[发明专利]一种三轴气浮台调平系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及测量技术，尤其涉及一种三轴气浮台调平系统及方法。

背景技术

气浮台依靠压缩空气在气浮轴承与轴承座之间形成气膜，使实验台面浮起，从而实现近似无摩擦的相对运动条件，由此来模拟卫星在太空中所受干扰力矩很小的力学环境。作为卫星运动模拟器，采用球面气浮轴承支持的三轴气浮台，不但能模拟三轴方向所需要的姿态运动，还能模拟卫星三轴姿态耦合动力学。通过气浮台进行全物理仿真具有重要作用，它是方案论证和功能验证不可缺少的工具。仿真实践证明，利用气浮台进行仿真不仅对卫星姿态控制系统验证有着重要作用，而且能够显著提高卫星的效费比，降低风险，缩短研发周期。

为了在地面模拟卫星的姿态运动，三轴气浮台的旋转中心应该与台体的质心重合，否则将会产生不平衡力矩，影响仿真试验的效果。目前气浮台的配平方式主要有自动和手动两种。中国发明专利号：200610009797,7，专利名称为：气浮台外加载荷质心调整装置，通过调整安装在气浮台上的螺栓螺母机构调整转台的质心，有手动和电动两种工作方式，该发明只给出了一种调整装置，没有涉及具体的平衡方法。李延斌、包钢、王祖温、吕彦东等在论文“三自由度气浮台自动平衡系统动力学建模（见《中国惯性技术学报》，2005年，13卷第5期，页码83-87）中，从理论上给出了三轴气浮台自动平衡装置，也没有给出具体的实施方法，难以工程实用。中国发明专利号”200910071536.1，专利名称为：三轴气浮台平衡方法及其装置。通过动量轮，电机以及质量滑块实现了重心的调平，但是仅仅局限于x，y轴，并不适用于z轴的调平。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对背景技术中所涉及到的缺陷，提供一种结构简单、操作方便、全程自动、成本低廉的三轴气浮台调平系统及方法。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种三轴气浮台调平系统，包含三轴气浮台、第一至第三飞轮模块、第一至第三砝码平衡模块、第一至第四喷气模块、陀螺、倾角传感器和控制模块；

所述第一至第三飞轮模块呈两两正交设置在所述三轴气浮台上，分别用于调整所述三轴气浮台在以旋转中心为原点的X轴、Y轴、Z轴的姿态；

所述第一至第三砝码平衡模块呈两两正交设置在所述三轴气浮台上，分别用于调整所述三轴气浮台在以旋转中心为原点的X轴、Y轴、Z轴的平衡；

所述第一至第四喷气模块对应设置在所述三轴气浮台的边缘上的正X轴、负X轴、正Y轴和负Y轴，分别用于卸载所述第一至第三飞轮模块；

所述陀螺用于测量所述三轴气浮台在以旋转中心为原点的X轴、Y轴、Z轴方向的角速度；

所述倾角传感器用于测量所述三轴气浮台在以旋转中心为原点的X轴、Y轴、Z轴方向的倾角；

所述控制模块用于根据陀螺和倾角传感器的测量结果控制第一至第三飞轮模块、第一至第三砝码平衡模块以及第一至第四喷气模块工作。

作为本发明一种三轴气浮台调平系统进一步的优化方案，所述砝码平衡模块包含滑轨、滑块、丝杠、质量块、减速装置和电机；

所述滑块上设有与所述丝杠相配合的螺母，由丝杠旋转控制其在所述滑轨上滑动；

所述质量块设置在所述滑块上；

所述电机的输出端通过减速装置和所述丝杠相连，用于控制所述丝杠正向或反向转动。

作为本发明一种三轴气浮台调平系统进一步的优化方案，所述第一至第四喷气模块均包含第一至第四喷气单元；

所述第一至第二喷气模块中的第一喷气单元、第二喷气单元沿Y轴设置，喷气方向分别为正Y轴、负Y轴；第三喷气单元、第四喷气单元沿Z轴设置，喷气方向分别为正Z轴、负Z轴；

所述第三至第四喷气模块中的第一喷气单元、第二喷气单元沿X轴设置，喷气方向分别为正X轴、负X轴；第三喷气单元、第四喷气单元沿Z轴设置，喷气方向分别为正Z轴、负Z轴。

本发明还公开了一种基于该三轴气浮台调平系统的调平方法，包括以下步骤:

步骤1），将三轴气浮台水平静止；

步骤2），释放三轴气浮台，测量出此时三轴气浮台绕X，Y轴的角加速度；

步骤3），根据三轴气浮台台面惯量和飞轮模块飞轮惯量的比值以及步骤2）中测量出的角加速度计算出第一飞轮模块、第二飞轮模块进行加速转动的加速度；

步骤4），控制第一飞轮模块、第二飞轮模块朝三轴气浮台台体绕X，Y轴转动相同的方向加速转动；