[发明专利]一种高精度大负载惯性稳定平台

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大负载高精度三轴惯性稳定平台，适用于航空遥感、基础测绘等领域；也可用于车载、舰载、雷达及目标监视等伺服跟踪。

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。

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、新型三轴惯性稳定平台。

本发明的技术解决方案是：一种高精度大负载惯性稳定平台，包括平台框架系统、驱动系统、减震系统、框架支撑系统、惯性测量系统、转角测量系统；平台框架系统自下而上依次连接为底板、底座、横滚框、俯仰框和方位框；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；各回转轴均以顺时针旋转为正；底板与飞机的固连，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，横滚框则通过同轴安装在横滚支座上的两个横滚轴，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；方位框则通过方位轴承安装于俯仰框上，实现方位框绕俯仰框的自由旋转；稳定平台方位框的转轴、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；方位框驱动系统由方位力矩电机、方位行星齿轮减速器、方位减速器线轮、方位钢丝绳减速系统依次串接而成；减震系统由固连在底板、底座之间的四个金属减震器构成，每个金属减震器对称安装于底板的四个角上；框架支撑系统包括横滚框支撑系统、俯仰框支撑系统和方位框支撑系统，其中横滚框支撑系统包括横滚轴、横滚机械轴承、永磁力支撑系统，横滚轴由横滚机械轴承和永磁力支撑系统组合提供支撑；永磁力支撑系统包括转子磁钢、定子磁钢、转子套筒、磁钢衬环、磁轴承支座，是一种非对称结构的径向被动磁轴承，其中转子磁钢通过转子套筒固定于横滚轴，定子磁钢和磁钢衬环组合在一起通过磁轴承支座固定于横滚框；俯仰框支撑系统中安装在横滚框上的两个俯仰轴直接由俯仰机械轴承来提供支撑，实现俯仰框绕横滚框的自由旋转；方位框支撑系统中通过方位轴承来提供支撑，使得方位框安装于俯仰框之上；惯性测量系统包括三个陀螺，即X向陀螺、Y向陀螺、Z向陀螺、两个加速度计，即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框上，Z向陀螺安装在方位框上，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框上；磁罗盘安装在方位框底部；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；转角测量系统由三个码盘组成，即横滚码盘、俯仰码盘和方位码盘，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；方位码盘则安装于方位行星齿轮减速器输出轴外端，测量方位框相对于俯仰框的转角。

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；俯仰框和方位框设计成中空的环型结构；