[發(fā)明專利]磁懸浮式慣性穩(wěn)定平臺

在審

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• 申請日: 2022-05-27
• 公開（公告）號: CN115079740A
• 公開（公告）日: 2022-09-20
• 發(fā)明（設計）人: 彭樹萍
• 申請（專利權）人: 浙江工業(yè)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

磁懸浮式慣性穩(wěn)定平臺，該平臺包括基座、可繞y軸轉動的外框架、可繞x軸轉動的內(nèi)框架、設置在內(nèi)框架內(nèi)的安裝面、兩個外框架磁懸浮軸承、兩個內(nèi)框架磁懸浮軸承、外框架電機、內(nèi)框架電機和慣性傳感器，安裝面以大地地理水平坐標系為基準；外框沿y軸方向的兩端設有外框轉軸，外框轉軸與外框磁懸浮軸承的轉子連接；內(nèi)框沿x軸方向的兩端設有內(nèi)框轉軸，內(nèi)框轉軸與內(nèi)框磁懸浮軸承的轉子連接；安裝面固定連接在內(nèi)框內(nèi)，平臺的上設有慣性傳感器，慣性傳感器與平臺控制系統(tǒng)電連接，平臺控制系統(tǒng)與外框磁懸浮軸承、內(nèi)框磁懸浮軸承電連接。本發(fā)明能夠對低頻且幅值大的振動實現(xiàn)高精度的實時補償，從而實現(xiàn)冷原子重力儀的高精度野外動態(tài)測量。

技術領域

本發(fā)明涉及冷原子重力儀野外動態(tài)測量的高精度主動隔振技術領域，尤其涉及磁懸浮式慣性穩(wěn)定平臺。

背景技術

目前國內(nèi)外報道的主動隔振方法很多，常用的主動隔振平臺通過振動傳感器實時測量振動數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)反饋給控制器，使執(zhí)行器產(chǎn)生相反方向的推力從而達到隔離低頻振動的目的，但是這種主動隔振平臺一般無法對低頻且振幅大的振動進行實時補償和抑制，常用于光學測量領域。另外一種常用的主動隔振方法是傳統(tǒng)的慣性穩(wěn)定平臺，一般采用兩軸或三軸結構，平臺軸系上安裝陀螺、加速度計、角位置傳感器等，當由于振動干擾導致平臺姿態(tài)發(fā)生改變時，慣性穩(wěn)定平臺通過傳感器測量平臺姿態(tài)角度和角速率的變化，并通過控制算法解算產(chǎn)生相反方向的推力從而使平臺姿態(tài)保持慣性穩(wěn)定，這種方法在航空、航海中得到很多應用，適合振動幅度大、頻率低的情況，但缺點是這種慣性穩(wěn)定平臺的穩(wěn)定精度往往不高，難以滿足冷原子重力儀野外動態(tài)測量時高精度測量的需求。

還有一種主動隔振方法采用磁懸浮隔振平臺，其原理是通過改變電磁線圈中的電流強度獲得可變阻尼力的新型非接觸隔振方式，在超靜平臺、精密制造、精密定位等領域應用廣泛。磁懸浮隔振平臺的結構通常由定子、浮子、線纜和洛倫茲力作動器組成。作動器包含兩組條形永磁體、矩形空心線圈以及磁軛。當定子受到外界擾動時，通過調(diào)節(jié)線圈電流的大小和方向使作動器產(chǎn)生能抵消外部擾動的洛倫茲力，從而為浮子上的有效載荷隔離振動干擾。這種平臺的缺點是平臺的行程很小，通常只有毫米量級，因此無法實現(xiàn)對低頻且大振幅的振動進行實時補償。而冷原子重力儀需要工作在復雜外部環(huán)境下，例如在海上測量時海浪造成的振動幅值一般都很大，對這種低頻且大振幅的振動條件這種磁懸浮隔振平臺難以滿足其需求。

綜上所述，目前國內(nèi)外的主動隔振技術都難以滿足冷原子重力儀野外動態(tài)高精度測量的需求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對冷原子重力儀野外動態(tài)高精度測量的需求提供一種磁懸浮式慣性穩(wěn)定平臺。這種平臺能夠對低頻且幅值大的振動實現(xiàn)高精度的實時補償，從而實現(xiàn)冷原子重力儀的高精度野外動態(tài)測量，同時相比傳統(tǒng)機械軸承式慣性穩(wěn)定平臺消除了摩檫力的不利影響，能夠進一步提升主動隔振的精度。

本發(fā)明采用的技術方案是：磁懸浮式慣性穩(wěn)定平臺，該平臺包括基座、可繞y軸轉動的外框架、可繞x軸轉動的內(nèi)框架、設置在內(nèi)框架內(nèi)的安裝面、兩個外框架磁懸浮軸承、兩個內(nèi)框架磁懸浮軸承、、外框架電機、內(nèi)框架電機和慣性傳感器；

所述安裝面的上表面用于承載重力儀探頭，安裝面以大地地理水平坐標系為基準，并通過內(nèi)框架和外框架實現(xiàn)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(jīng)過原點的橫向直線為x軸，經(jīng)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；所述外框架呈框狀，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；外框架沿x軸方向的內(nèi)側兩端各設有一個內(nèi)框架磁懸浮軸承；所述內(nèi)框架呈框狀，內(nèi)框架沿x軸的外側兩端各設有一個內(nèi)框架轉軸，內(nèi)框架轉軸遠離原點的一端分別與對應的內(nèi)框架磁懸浮軸承相連，其中一個內(nèi)框架轉軸靠近原點的一端安裝有內(nèi)框架電機；