[发明专利]多自由度气浮平台的垂向气压补偿装置及垂向气压补偿方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种气浮平台在环境受限情况下的一种垂向气压补偿装置及其补偿方法，属于全物理仿真领域。

背景技术

航天器在投入使用之前，必须进行地面的物理仿真试验。目前，随着我国航空航天技术的不断发展，也带动了仿真领域的不断进步。模拟外太空的无摩擦微重力环境和姿态控制是物理仿真平台急需要解决的问题。

多轴气浮平台是地面测量、导航、网络通信和编队控制等全物理仿真试验的核心部件，是整个地面仿真器的支撑部分，为地面仿真实验提供基础。气浮平台依靠压缩空气后在空气轴承上形成的气膜支撑，实现微摩擦和微阻尼运动。在模拟太空中交汇对接等实验项目当中，如何实现航天器的自由漂浮状态是至关重要的。气浮平台如何进行简单、高精度的气压补偿是实现其自由漂浮状态的重点和难点。

在现有的气压补偿方法中，专利CN202807110U提出了一种半主动式重力补偿结构，该专利提出的补偿方法控制精度较低；专利CN1986337提出了一种三维气浮平台与气压式重力补偿方法，该气压补偿方法涉及多个比例电磁阀，控制结构复杂。

发明内容

本发明目的是为了解决现有多自由度气浮平台的垂向气压补偿装置需要多个比例的电磁阀，结构复杂，多自由度气浮平台的垂向气压补偿方法控制精度较低的问题，提供了一种多自由度气浮平台的垂向气压补偿装置及垂向气压补偿方法。

本发明所述多自由度气浮平台的垂向气压补偿装置，它包括气浮轴，气浮轴包括气浮轴承外套和气浮轴承内套，气浮轴承内套安装在气浮轴承外套中空的气腔里，且气浮轴承内套沿气浮轴承外套内侧壁作垂向运动；气浮轴承内套的上端连接在气浮平台上；气浮轴承外套的内侧壁上安装有多个喷嘴；气浮轴承外套的内侧壁上设置有测量中空气腔压力的压力传感器；且喷嘴和压力传感器位于气浮轴承内套下端与气浮轴承外套下端之间；气浮轴承外套内部沿垂向设置有测量气浮轴承内套垂向位移的光栅尺；

该垂向气压补偿装置还包括气瓶、一级减压阀、二级减压阀和开关阀，气瓶的气体输出端连接一级减压阀的气体输入端，一级减压阀的气体输出端连接二级减压阀的气体输入端，二级减压阀的气体输出端连接开关阀的气体输入端，开关阀的气体输出端同时连接多个喷嘴。

本发明所述多自由度气浮平台的垂向气压补偿装置的垂向气压补偿方法，该垂向气压补偿方法的具体过程为：

步骤1、向气浮轴承外套中空的气腔里充进高压气体，打开位置环控制器；

步骤2、根据位置设定值调节PID参数，控制与气浮轴承内套相连接的气浮平台移动到相应位置；

步骤3、光栅尺测量当前气浮平台所在的位置，获取位置返回值；

步骤4、将位置返回值与位置设定值相比较，判断误差是否小于0.01mm，如果是则执行步骤5，如果否则返回执行步骤2；

步骤5、以1毫秒为采样周期，压力传感器采集1分钟内气腔里气体压力的值，获取1分钟内气体压力的平均值，将此平均值作为气压补偿的初值；

步骤6、根据气压补偿的初值控制气浮平台移动到相应位置，然后断开位置环控制器；

步骤7、以1毫秒为采样周期，压力传感器采集1秒钟内气腔里气体压力的值，获取1秒钟内气体压力的平均值，将此平均值作为气压基准值；

步骤8、根据气压基准值绘制气压补偿曲线，根据位置设定值模拟气压补偿曲线的趋势，使气压补偿曲线无限接近位置设定值；

步骤9、根据模拟的气压补偿曲线的趋势获取气压补偿值；

步骤10、根据气压补偿值控制气浮平台移动到相应位置，断开位置环控制器，气浮平台达到稳定状态。

本发明的优点：本发明中，提供了一种便于控制、可靠性好、精度高的多自由度气浮台的垂向气压补偿方法。模拟了航天器在太空中的自由漂浮状态。

附图说明

图1是本发明所述多自由度气浮平台的垂向气压补偿装置的结构示意图；图2是本发明所述多自由度气浮平台的垂向气压补偿装置的垂向气压补偿方法的原理图；图3是本发明所述多自由度气浮平台的垂向气压补偿装置的电气原理图。

具体实施方式