[發明專利]磁懸浮式慣性穩定平臺

在審

• 申請號: 202210591851.2
• 申請日: 2022-05-27
• 公開（公告）號: CN115079740A
• 公開（公告）日: 2022-09-20
• 發明（設計）人: 彭樹萍
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: G05D19/02
• 分類號: G05D19/02
• 代理公司: 杭州天正專利事務所有限公司 33201
• 代理人: 楊東煒

1.磁懸浮式慣性穩定平臺，其特征在于：該平臺包括基座(1)、可繞y軸轉動的外框架(2)、可繞x軸轉動的內框架(3)、設置在內框架(3)內的安裝面、兩個外框架磁懸浮軸承(4、16)、兩個內框架磁懸浮軸承(5、17)、外框架電機(18)、內框架電機(19)和慣性傳感器；

所述安裝面的上表面用于承載重力儀探頭(12)，安裝面以大地地理水平坐標系為基準，并通過內框架(3)和外框架(2)實現安裝面相對大地地理水平面始終保持平行；以安裝面的中心為原點，經過原點的橫向直線為x軸，經過原點的縱向直線為y軸，x軸和y軸所構成的平面與大地地理水平面平行，沿豎直方向遠離原點的直線為z軸；

所述基座(1)包括底座，底座沿y軸方向的兩端相對設置有垂直向上延伸的外框架支撐架；兩個外框架支撐架朝向相對的一側各設有一個外框架磁懸浮軸承(4、16)；所述外框架(2)呈框狀，沿y軸方向的外側兩端各設有一個外框架轉軸，外框架轉軸遠離原點的一端分別與對應的外框架磁懸浮軸承(4、16)相連，其中一個外框架轉軸靠近原點的一端安裝有外框架電機(18)；外框架(2)沿x軸方向的內側兩端各設有一個內框架磁懸浮軸承(5、17)；所述內框架(3)呈框狀，內框架(3)沿x軸的外側兩端各設有一個內框架轉軸，內框架轉軸遠離原點的一端分別與對應的內框架磁懸浮軸承(5、17)相連，其中一個內框架轉軸靠近原點的一端安裝有內框架電機(19)；

所述安裝面固定連接在內框架(3)內，慣性傳感器與重力儀探頭安裝在安裝面上，慣性傳感器包括三個陀螺(9、10、11)和三個加速度計(6、7、8)，其中一個陀螺(9)測量x軸方向的角速度，一個陀螺(10)測量y軸方向的角速度，另一個陀螺(11)測量z軸方向的角速度；其中一個加速度計(6)測量x軸方向的角加速度，一個加速度計(7)測量y軸方向的角加速度，另一個加速度計(8)測量z軸方向的角加速度；

所述慣性傳感器與平臺控制系統的輸入端通過通信線路連接，平臺控制系統(14)的控制端與外框架電機(18)、內框架電機(19)電連接；慣性傳感器測量重力儀探頭(12)相對當地地理坐標系的姿態變化數據，并將姿態變化數據傳輸至平臺控制系統(14)；平臺控制系統(14)計算并控制外框架電機(18)、內框架電機(19)產生相反方向的電磁力使外框架、內框架回到指定位置，從而使安裝面與當地地理水平面始終保持平行，并且使重力儀探頭中心線始終垂直向下，為實現冷原子重力儀動態高精度測量提供基礎；

所述兩個外框架磁懸浮軸承(4、16)、兩個內框架磁懸浮軸承(5、17)與平臺控制系統(14)的磁懸浮控制端電連接，兩個外框架磁懸浮軸承(4、16)、兩個內框架磁懸浮軸承(5、17)內部的位置傳感器檢測轉子的軸位置信號并傳送給平臺控制系統；

所述平臺控制系統(14)與功率放大器(13)電連接，功率放大器(13)與兩個外框架磁懸浮軸承(4、16)、兩個內框架磁懸浮軸承(5、17)電連接；平臺控制系統(14)計算軸偏差信號并通過功率放大器(13)控制電磁鐵中的電流，從而產生電磁力的變化使轉子懸浮于規定的位置。

2.如權利要求1所述的磁懸浮式慣性穩定平臺，其特征在于：所述重力儀探頭(12)設置在安裝面中心位置，平臺控制系統包括磁懸浮軸承驅動(13)、控制器(14)和電源(15)；

所述電源(15)為y軸加速度計(7)、z軸加速度計(8)、x軸陀螺(9)、y軸陀螺(10)、z軸陀螺(11)、磁懸浮軸承驅動(13)和控制器(14)供電；

所述x軸加速度計(6)、y軸加速度計(7)、z軸加速度計(8)、x軸陀螺(9)、y軸陀螺(10)和z軸陀螺(11)分別與控制器(14)的輸入端電連接，控制器(14)的輸出端與磁懸浮軸承驅動(13)的輸入端電連接，磁懸浮軸承驅動(14)的輸出端分別與兩個外框架磁懸浮軸承(4、16)、兩個內框架磁懸浮軸承(5、17)的輸入端電連接；

控制器(13)對x軸加速度計(6)、y軸加速度計(7)、z軸加速度計(8)、x軸陀螺(9)、y軸陀螺(10)和z軸陀螺(11)監測的冷原子重力儀探頭(12)的運動數據進行處理，獲取冷原子重力儀探頭(12)的姿態變化數據，并根據姿態變化數據向磁懸浮軸承驅動(14)發送控制信號；磁懸浮軸承驅動(14)控制兩個外框架磁懸浮軸承(4、16)、兩個內框架磁懸浮軸承(5、17)產生相反方向的電磁力，使兩個外框架磁懸浮軸承(4、16)中的外框架轉軸、兩個內框架磁懸浮軸承(5、17)中的內框架轉軸回到指定位置。

3.如權利要求1所述的新型磁懸浮式慣性穩定平臺，其特征在于：所述外框架磁懸浮軸承(4、16)、內框架磁懸浮軸承(5、17)均包括磁懸浮軸承定子以及和所述磁懸浮軸承定子相互配合的轉子。