一种断电任意自锁的机载三轴稳定伺服平台及横滚偏心补偿方法与流程

本发明涉及一种断电任意自锁的机载三轴稳定伺服平台及横滚偏心补偿方法，属于机载侦察技术领域。

背景技术：

在载机的飞行过程中，机载吊舱必须承受振动带来的不利影响，最核心的是保持光电探测器的指向性不变。目前的吊舱往往受限于空间、重量、尺寸等，不设置横滚环；当载机起飞、降落时，因为没有横滚环，平台中的活动部件因惯性剧烈摆动，可能会损伤关键部件。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种断电任意自锁的机载三轴稳定伺服平台及横滚偏心补偿方法，防止载机起飞、降落时，平台中的活动部件因惯性剧烈摆动，损伤关键部件；并且在方位环中引入等效补偿，实现对横滚偏心的有效抑制。解决了横滚环因偏心结构而无法实现任意位置稳定的问题，并且断电时能够实现任意位置自锁。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种断电任意自锁的机载三轴稳定伺服平台，包括方位环、横滚环和俯仰环，其中，俯仰环为内环，方位环为外环，横滚环为中环且为偏心结构；方位环位于横滚环的上方，俯仰环位于横滚环的下方；

横滚环包括横滚支架、轴承座、轴承、第一横滚轴、伺服电机、抱闸、抱闸固定座、角度转动齿轮、旋转变压器组件、陀螺和第二横滚轴；轴承通过轴承座分别固定于横滚支架的前端面和后端面，前后两端的轴承内分别安装有第一横滚轴和第二横滚轴，伺服电机安装在横滚支架的前端面上，伺服电机转动轴的一端与第一横滚轴连接，伺服电机转动轴的另一端与抱闸连接；旋转变压器组件、陀螺固定于横滚支架的后端面上；角度传动齿轮安装在第二横滚轴上，角度传动齿轮与旋转变压器组件中的齿轮啮合；陀螺用于测量方位环的转动速度；使用时，伺服电机驱动第一横滚轴转动并带动俯仰环和第二横滚轴转动，第二横滚轴带动角度传动齿轮转动，角度传动齿轮转动时驱动旋转变压器组件进行角度输出。

进一步的，所述方位环固定于横滚支架的正上方，所述俯仰环通过第一横滚轴和第二横滚轴固定于横滚环的正下方。

进一步的，所述伺服电机通过伺服电机固定座安装于横滚支架的前端面上，伺服电机的转动轴通过转接座与第一横滚轴紧固，从而驱动第一横滚轴转动。

进一步的，所述伺服电机固定座上安装有抱闸固定座，所述抱闸安装在抱闸固定座上，抱闸的转动部分与伺服电机转动轴相连。这样抱闸与伺服电机连为一体，从而断电后实现任意自锁功能。

进一步的，横滚支架左右两侧分别设有限位结构。当横滚环的负载转动时，起到限位作用，防止碰坏横滚支架。

一种断电任意自锁的机载三轴稳定伺服平台的横滚偏心补偿方法，所述方法步骤包括：

(1)计算方位环的转动惯量j：

将俯仰环和横滚环的转动部分(包括轴承、横滚轴、转接座、伺服电机、抱闸和角度转动齿轮)设为长为l、质量为m1的杆，杆的质心与横滚轴之间的垂直距离为h；杆的转动惯量为j1；将只做方位运动的部分(包括横滚环中的横滚支架、轴承座、伺服电机固定座、抱闸固定座、旋转变压器组件和陀螺)质量设为m2、转动惯量为j2；

当m1绕横滚轴转过角度θ时，将方位轴平行移动到m1的质心时，此时m1绕平移后的轴旋转的转动惯量设为j11，j11为：

m1的质心绕方位轴旋转的偏心惯量设为j12，j12为：

j12＝m1(hsinθ)2

方位环的转动惯量j为：

(2)根据计算得到的方位环转动惯量在方位环中引入等效补偿，实现对横滚偏心的补偿。

有益效果

所述平台中设置横滚环结构且横滚环上安装伺服电机、抱闸，从而解决了当载机起飞、降落时平台中的活动部件因惯性剧烈摆动，损伤关键部件。

通过建立横滚环理想模型，得到方位环转动惯量的计算公式，然后在方位环中引入等效补偿，实现对横滚偏心的有效抑制，在很大程度上提高了方位环的隔离度指标。

附图说明

图1-3为本发明所述稳定伺服平台的结构示意图；

图4为图3中a向局部结构示意图；

图5为本发明中所述横滚环结构示意图；

图6为图5中a向局部结构示意图；

图7为图5中b向局部结构示意图；

图8-9为横滚环相对方位轴位置示意图；

图10为方位环等效补偿原理框图；

其中，1-横滚支架，2-轴承座，3-轴承，4-第一横滚轴，5-转接座，6-伺服电机，7-伺服电机固定座，8-抱闸，9-抱闸固定座，10-角度传动齿轮，11-旋转变压器组件，12-陀螺，13-横滚环，14-方位环，15-俯仰环，16-限位结构，17-第二横滚轴。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步详细的说明。

如图1-7所示，一种断电任意自锁的机载三轴稳定伺服平台，包括方位环14、横滚环13和俯仰环15，其中，俯仰环15为内环，方位环14为外环，横滚环15为中环且为偏心结构；方位环14位于横滚环13的上方，俯仰环15位于横滚环的下方；

横滚环15包括横滚支架1、轴承座2、轴承3、第一横滚轴4、伺服电机6、抱闸8、抱闸固定座9、角度转动齿轮10、旋转变压器组件11、陀螺12和第二横滚轴17；轴承3通过轴承座2分别固定于横滚支架1的前端面和后端面，前后两端的轴承3内分别安装有第一横滚轴4和第二横滚轴17，伺服电机6安装在横滚支架1的前端面上，伺服电机6转动轴的一端与第一横滚轴4连接，伺服电机6转动轴的另一端与抱闸8连接；旋转变压器组件11、陀螺12固定于横滚支架1的后端面上；角度传动齿轮10安装在第二横滚轴17上，角度传动齿轮10与旋转变压器组件11中的齿轮啮合；陀螺12用于测量方位环14的转动速度；使用时，伺服电机6驱动第一横滚轴4转动并带动俯仰环15和第二横滚轴17转动，第二横滚轴17带动角度传动齿轮10转动，角度传动齿轮转动时驱动旋转变压器11组件进行角度输出。

所述方位环14固定于通过横滚支架1的正上方，所述俯仰环15通过第一横滚轴4和第二横滚轴17固定于横滚环13的正下方。

所述伺服电机6通过伺服电机固定座7安装于横滚支架1的前端面上，伺服电机6的转动轴通过转接座5与第一横滚轴4紧固，从而驱动第一横滚轴4转动。

所述伺服电机固定座7上安装有抱闸固定座9，所述抱闸8安装在抱闸固定座9上，抱闸8的转动部分与伺服电机6转动轴相连。这样抱闸8与伺服电机6连为一体，从而断电后实现任意自锁功能。

横滚支架1左右两侧分别设有限位结构16。当横滚环13的负载转动时，起到限位作用，防止碰坏横滚支架1。

一种断电任意自锁的机载三轴稳定伺服平台的横滚偏心补偿方法，所述方法步骤包括：

(1)计算方位环的转动惯量j：

如图8所示，方位环的转动惯量j与两部分有关：一部分是俯仰环和横滚环的转动部分(既做方位运动又做横滚运动，包括轴承、横滚轴、转接座、伺服电机、抱闸、角度转动齿轮)假定为长为l、质量为m1的杆，杆的质心与横滚轴之间的垂直距离为h，转动惯量假定为j1。另一部分是只做方位运动的部分(包括横滚环中的横滚支架、轴承座、伺服电机固定座、抱闸固定座、旋转变压器组件、陀螺)，这部分的质量假定为m2、转动惯量为j2。

此时方位环的转动惯量j为：

如图9所示，当m1绕横滚轴转过角度θ时，m1的转动惯量j1与θ有关，发生了变化；而m2的转动惯量j2保持不变。

根据平行轴定理可知，将方位轴平行移动到m1的质心时，此时m1绕平移后的轴旋转的转动惯量假定为j11，此时j11为：

而m1的质心绕方位轴旋转的偏心惯量假定为j12，则j12为：

j12＝m1(hsinθ)2

得到方位环的转动惯量j为：

(2)根据方位环转动惯量的计算公式，然后在方位环中引入等效补偿，实现对横滚偏心的有效抑制。

实施例1

本实施例所述断电任意自锁的机载三轴稳定伺服平台中，l＝0.538m、h＝0.058m，m1＝8.970kg，j2＝0.085.62kg·m2，θ＝－8°～8°，带入到方位环转动惯量公式中计算出j：实测的转动惯量与理论计算j进行对比，误差在1％内，进而验证了上述计算方式的可行性。

针对横滚环引起的方位惯量的变化，在方位环中引入等效补偿，具体处理方法是：根据当前的输入的电机驱动电压u和输出的电机转速n推算出干扰力矩d，然后将干扰力矩d等效为电机电压，反向补偿到电机输入端。如图10所示，输入u为电机驱动电压，输入d为干扰力矩，输出n为电机转速，km、ke、l、r分别为电机的机械常数、电气常数、电感和电阻，j为方位环转动惯量，1/gn(s)为被控对象传函的倒数，q(s)为二阶低通滤波器。1/gn(s)、q(s)的公式为：

在加入外界干扰信号后，方位环的隔离度对比结果如表1所示。

表1

从表1可以明显看出方位环在考虑等效补偿和横滚转动引起的偏心情况下，得到的隔离度指标精度更高。

综上所述，发明包括但不限于以上实施例，凡是在本发明的精神和原则之下进行的任何等同替换或局部改进，都将视为在本发明的保护范围之内。