[发明专利]一种三轴气浮台控制过程中的动态调平系统及动态调平方法

权利要求书

1.一种三轴气浮台控制过程中的动态调平系统，其特征在于，包括：

姿态测量系统，包括各类姿态传感器，其分布于气浮台体上，完成气浮台台体的姿态测量；

姿态控制系统，包括姿态控制执行机构和控制计算机；所述姿态控制执行机构包括反作用飞轮、冷气推力器以及X轴、Y轴、Z轴方向上的自动平衡装置，所述自动平衡装置包括步进电机、质量块与丝杆，所述步进电机转动时带动丝杆转动，进而移动质量块；所述控制计算机负责地面控制台和气浮台之间的通信和数据处理；

通信系统，用于气浮台及地面控制台之间的数据通信；

地面控制台，通过所述通信系统将操作指令传输至控制计算机，同时也接收并显示控制计算机传输过来的气浮台的状态数据；

所述姿态控制系统通过反作用飞轮输出力矩的大小估计动态干扰力矩的大小，通过误差姿态角和右手定则原理判断动态干扰力矩的方向，最后通过步进电机的转动带动质量块移动，实现对动态干扰力矩的实时补偿。

2.根据权利要求1所述的一种三轴气浮台控制过程中的动态调平系统，其特征在于，所述姿态传感器包括陀螺、倾角计、视觉测量系统；所述视觉测量系统以非接触方式对气浮平台的姿态进行测量，并将数据提供给控制计算机。

3.一种基于如权利要求1或2所述动态调平系统的三轴气浮台控制过程中的动态调平方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)动态干扰力矩大小判断：姿态敏感器采集带时间标签的气浮台实际姿态角和姿态角速度信息，控制计算机根据姿态敏感器采集的姿态信息，解算出的控制指令力矩，反作用飞轮执行该控制指令力矩，以加速或减速飞轮转子的形式来实现反作用飞轮力矩的输出，根据反作用飞轮实际输出力矩，估计动态干扰力矩大小；

(2)动态干扰力矩方向判断：根据误差姿态角和右手定则原理判断动态干扰力矩方向；

(3)动态干扰力矩补偿：控制计算机根据动态干扰力矩的大小和方向，选择气浮台X轴、Y轴、Z轴中对应坐标轴上的自动平衡装置，该坐标轴上的步进电机按指令方向转动，进而带动丝杆上的质量块移动，实现动态干扰力矩的补偿。

4.根据权利要求3所述的一种三轴气浮台控制过程中的动态调平方法，其特征在于：

定义气浮台实际姿态角为β，目标姿态角为α，误差姿态角δ＝β-α；

反作用飞轮实际输出力矩大小M，由此估算出动态干扰力矩大小M_d，从而计算出偏心距r，公式如下：

M≈M_d＝mgrsinβ

其中，m为气浮台浮起部分质量，g为重力加速度。

5.根据权利要求3所述的一种三轴气浮台控制过程中的动态调平方法，其特征在于，步骤(2)具体包括如下内容：

控制计算机将误差姿态角的绝对值|δ|与姿态控制执行机构的控制精度τ进行比较，若|δ|≥τ，则通过右手定则判断动态干扰力矩方向，根据动态干扰力矩的大小与方向，计算步进电机的转动方向及圈数，对动态干扰力矩进行补偿；若|δ|＜τ，则忽略干扰力矩。

6.根据权利要求4所述的一种三轴气浮台控制过程中的动态调平方法，其特征在于，步进电机的转动圈数k、质量块移动距离l、偏心距r的关系式为：

式中，m_i为质量块质量。