CN202331207U - 一种基于阻尼技术的被动控制稳定平台 - Google Patents
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Abstract
一种基于阻尼技术的被动控制稳定平台，包括主体承力框架，主体承力框架包括定机座、动机座、法兰盘、转盘轴承及阻尼稳定系统，定机座与动机座可转动的连接在一起，法兰盘通过转盘轴承安装在动机座上，阻尼稳定系统为安装在定机座与动机座之间的粘滞流体阻尼器。还包括由电机驱动的齿轮传动链、姿态测量组合以及伺服控制系统，姿态测量组合包括光纤陀螺罗经和旋转变压器，伺服控制系统的输入端连接光纤陀螺罗经和旋转变压器，输出端连接电机，电机输出轴上固定主动齿轮，主动齿轮与转盘轴承的外齿轮啮合。本实用新型的优点在于：采用粘滞流体阻尼器将天线摆动的机械能消耗转化而起到稳定天线的作用，具有广阔的应用前景。
Description
技术领域
本实用新型采取被动控制的稳定方式搭载大重量与大体积的电子设备及天线在国内尚属首例。基于阻尼技术的被动控制稳定平台具有广阔的应用前景，可用于吊挂预警雷达、通信系统、成像系统等载荷，进行预警探测、大容量通信和安防保障。
背景技术
美国在20世纪60、70年代即开始研制系留气球，并搭载雷达系统于低空警戒。因系留气球在空中的姿态不稳定性，必须利用稳定平台来隔离气球姿态角运动，降低气球姿态变化对天线波束指向影响。
稳定平台是以系留气球为载体，用以搭载雷达电子设备或天线等，用于低空、超低空预警，对海警戒和对边境浅纵深地区的侦察监视，是空中预警飞机和地面雷达网的良好补充。稳定平台作为浮空预警探测系统的关键技术之一，其具有水平稳定、实时定北和驱动三大功能。
稳定平台从控制方式上可划分为主动控制式与被动控制式两种类型。主动控制式稳定平台是在平台转轴上施加动力，主动控制转轴的转速与转角来抵消载体姿态的变化，以保持载荷姿态的稳定；被动控制式稳定平台是利用耗能装置将载荷姿态变化产生的机械能迅速消耗转化，从而把载荷的姿态稳定在要求的范围内。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是提供一种基于阻尼技术的被动控制稳定平台，采取被动控制的稳定方式搭载大重量与大体积的电子设备及天线。
本实用新型采用以下技术方案解决上述技术问题的：一种基于阻尼技术的被动控制稳定平台，包括主体承力框架，主体承力框架包括定机座、动机座、法兰盘及转盘轴承，定机座与动机座可转动的连接在一起，所述法兰盘通过转盘轴承安装在动机座上，还包括阻尼稳定系统，所述阻尼稳定系统为粘滞流体阻尼器，粘滞流体阻尼器安装在定机座与动机座之间。
本实用新型进一步具体为：
还包括由电机驱动的齿轮传动链、姿态测量组合以及伺服控制系统；
所述电机驱动的齿轮传动链由电机、主动齿轮及转盘轴承的外齿轮组成，电机安装在动机座上，其输出轴上固定主动齿轮，主动齿轮与转盘轴承的外齿轮啮合，所述法兰盘与转盘轴承的外圈固定，动机座与转盘轴承的内圈固定；
姿态测量组合包括安装在动机座上的光纤陀螺罗经和旋转变压器，其中旋转变压器通过双片齿轮与转盘轴承的外齿轮发生啮合；
伺服控制系统安装在动机座上，其输入端连接光纤陀螺罗经和旋转变压器，输出端连接电机。
所述伺服控制系统包括安装有伺服控制程序的控制分机，控制分机内安装控制器、驱动器、电源模块，光纤陀螺罗经和旋转变压器的数据输出到控制器，通过控制器控制驱动器来驱动电机。
所述定机座与动机座通过十字联轴节连接在一起。
动机座包括底盘以及固定在底盘中心位置的柱体，定机座的底端与动机座的柱体的顶端通过十字联轴节连接在一起。
所述十字联轴节包括主体，以及插于主体横向通孔中的横轴和插于主体纵向通孔中的纵轴，横轴和纵轴异面垂直，横轴的两端分别固定在所述动机座上，纵轴的两端分别固定在定机座上。
所述阻尼稳定系统包括四套粘滞流体阻尼器，四套粘滞流体阻尼器对称安装在定机座与动机座的四角之间。
所述粘滞流体阻尼器的两端分别铰接在定机座与动机座上。
本实用新型的优点在于：由异面垂直的十字联轴节连接组成二自由度承力框架结构，十字联轴节加工简单，装配方便；采用粘滞流体阻尼器，气球姿态发生变化时，在粘滞流体阻尼器被动拉伸或压缩的同时将天线摆动的机械能消耗转化而起到稳定天线的作用，并且也可以采用四套粘滞流体阻尼器对称布置，双向作用，因此可同时发生耗能作用，减小了粘滞流体阻尼器的单位体积与重量；首次采取被动控制的稳定方式搭载大重量与大体积的电子设备及天线，具有广阔的应用前景，可用于吊挂预警雷达、通信系统、成像系统等载荷，进行预警探测、大容量通信和安防保障。
附图说明
图1是本实用新型一种基于阻尼技术的被动控制稳定平台的结构示意图。
图2是本实用新型中的齿轮传动链的结构示意图。
图3是本实用新型中旋转变压器检测系统结构结构示意图。
图4是本实用新型中十字联轴节结构示意图。
图5是本实用新型中伺服控制原理框图。
具体实施方式
请参阅图1至图3所示，本实用新型一种基于阻尼技术的被动控制稳定平台，包括主体承力框架、阻尼稳定系统、由电机驱动的齿轮传动链、姿态测量组合以及伺服控制系统。
所述主体承力框架包括定机座1、动机座2、十字联轴节3、法兰盘9及转盘轴承10。定机座1安装在系留气球上，天线或者负载安装在法兰盘9上。动机座2包括底盘以及固定在底盘中心位置的柱体，定机座1的底端与动机座2的柱体的顶端通过十字联轴节3连接在一起，形成一个可在俯仰与横滚向自由转动的二自由度结构框架。所述法兰盘9通过转盘轴承10安装在动机座2上，可相对于动机座2做全方位向的自由转动。具体的，所述法兰盘9与转盘轴承10的外圈固定，动机座2与转盘轴承10的内圈固定。
请参阅图4所示，所述十字联轴节3包括主体32，以及插于主体32横向通孔中的横轴34和插于主体32纵向通孔中的纵轴36，横轴34和纵轴36异面垂直，加工简单，装配方便。横轴34的两端分别固定在所述动机座2的柱体的顶端，纵轴36的两端分别固定在定机座1底端。
阻尼稳定系统包括四套可双向作用的粘滞流体阻尼器4。四套粘滞流体阻尼器4对称安装在定机座1与动机座2的四角之间。气球姿态发生变化时，定机座1与动机座2发生相对运动，粘滞流体阻尼器4在被动拉伸或压缩的同时将天线摆动的机械能消耗转化而起到稳定天线的作用；因四套粘滞流体阻尼器4对称布置，双向作用，因此可同时发生耗能作用，减小了粘滞流体阻尼器4的单位体积与重量。
所述电机驱动的齿轮传动链由电机5、主动齿轮11及转盘轴承10的外齿轮组成，本实施例中，有两个电机5，对称安装在动机座2的底座上，电机5的输出轴上分别固定主动齿轮11，主动齿轮11与转盘轴承10的外齿轮啮合，伺服控制系统连接到电机5，并控制电机5工作，通过主动齿轮11与转盘轴承10的外齿轮的啮合传动而驱动天线按要求进行方位转动。
姿态测量组合包括安装在动机座2的底盘上的光纤陀螺罗经7和旋转变压器6，其中旋转变压器6通过双片齿轮12与转盘轴承10的外齿轮发生啮合，并通过该啮合传动而检测法兰盘9的方位角度。光纤陀螺罗经7输出动机座2地理坐标系下的北向角度，旋转变压器6检测天线相对动机座2的转动角度，两者叠加运算输出地理坐标系下的雷达天线方位角；通过坐标转换得出天线仰角实时指向。
伺服控制系统8安装在动机座2的底盘上，伺服控制系统8输入端连接光纤陀螺罗经7和旋转变压器6，输出端连接电机5。伺服控制系统8采用现有的系统，包括控制分机及安装在控制分机内的伺服控制程序。请参阅图5所示，控制分机内安装控制器、驱动器、电源模块，控制器、驱动器由单片机最小系统、RS232、RS422接口、同步串行接口、R/D变换器、A/D转换、PWM功放等组成，光纤陀螺罗经7和旋转变压器6的数据输出到控制器，通过控制器控制驱动器来驱动电机5的转动。方位控制采用经典PI控制，测速机构成速度内环，利用姿态测量系统的“空间测速机”功能组成数字速度外环，双环结构将速度稳定环的抗摩擦干扰功能和隔离载体干扰功能分层实现，有效提高了系统对干扰的响应速度，为实现稳定平台高稳定精度高动态响应提供保障；采用汇编语言编制软件，利用其执行效率高、响应快等特点，完成闭环组合控制，实现对方位的实时补偿。
所述粘滞流体阻尼器4的技术参数的计算方法如下：
第一步：根据气球姿态情况分析计算出天线（或其它负载）因此而产生的机械能；
第二步：根据能量守恒原理计算能量转化过程中需要阻尼力F的大小；
第三步：根据天线（或其它负载）的机械能转换情况计算出活塞的运动速度V；
第四步：根据阻尼介质特性系数α,利用阻尼力学公式 计算出与阻尼器结构形式相关的阻尼常数c。
Claims (8)
1.一种基于阻尼技术的被动控制稳定平台，包括主体承力框架，主体承力框架包括定机座、动机座、法兰盘及转盘轴承，定机座与动机座可转动的连接在一起，所述法兰盘通过转盘轴承安装在动机座上，其特征在于：还包括阻尼稳定系统，所述阻尼稳定系统为粘滞流体阻尼器，粘滞流体阻尼器安装在定机座与动机座之间。
2.根据权利要求1所述的一种基于阻尼技术的被动控制稳定平台，其特征在于：还包括由电机驱动的齿轮传动链、姿态测量组合以及伺服控制系统；
所述电机驱动的齿轮传动链由电机、主动齿轮及转盘轴承的外齿轮组成，电机安装在动机座上，其输出轴上固定主动齿轮，主动齿轮与转盘轴承的外齿轮啮合，所述法兰盘与转盘轴承的外圈固定，动机座与转盘轴承的内圈固定；
姿态测量组合包括安装在动机座上的光纤陀螺罗经和旋转变压器，其中旋转变压器通过双片齿轮与转盘轴承的外齿轮发生啮合；
伺服控制系统安装在动机座上，其输入端连接光纤陀螺罗经和旋转变压器，输出端连接电机。
3.根据权利要求2所述的一种基于阻尼技术的被动控制稳定平台，其特征在于：所述伺服控制系统包括安装有伺服控制程序的控制分机，控制分机内安装控制器、驱动器、电源模块，光纤陀螺罗经和旋转变压器的数据输出到控制器，通过控制器控制驱动器来驱动电机。
4.根据权利要求1所述的一种基于阻尼技术的被动控制稳定平台，其特征在于：所述定机座与动机座通过十字联轴节连接在一起。
5.根据权利要求4所述的一种基于阻尼技术的被动控制稳定平台，其特征在于：动机座包括底盘以及固定在底盘中心位置的柱体，定机座的底端与动机座的柱体的顶端通过十字联轴节连接在一起。
6.根据权利要求4或5所述的一种基于阻尼技术的被动控制稳定平台，其特征在于：所述十字联轴节包括主体，以及插于主体横向通孔中的横轴和插于主体纵向通孔中的纵轴，横轴和纵轴异面垂直，横轴的两端分别固定在所述动机座上，纵轴的两端分别固定在定机座上。
7.根据权利要求1所述的一种基于阻尼技术的被动控制稳定平台，其特征在于：所述阻尼稳定系统包括四套粘滞流体阻尼器，四套粘滞流体阻尼器对称安装在定机座与动机座的四角之间。
8.根据权利要求1或7所述的一种基于阻尼技术的被动控制稳定平台，其特征在于：所述粘滞流体阻尼器的两端分别铰接在定机座与动机座上。
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