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专利名称：一种用于陀螺稳定平台过载冲击的加载装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种陀螺稳定平台过载冲击的加载测试装置。
背景技术：
陀螺稳定平台能够隔离载体扰动，在载体运动状态下建立稳定基准面，使安装在平台上的设备不会因载体运动产生的抖动和滚动而无法正常工作。其主要特征是采用惯性测量单元作为角运动敏感元件，不断测量平台姿态位置的变化，通过伺服作动机构使平台台体与载体的角运动干扰相隔离，精确保持平台台体姿态基准。它广泛应用于工业、民用等各行各业中。陀螺稳定平台在应用的过程中，会受到外部的过载冲击。在机械结构上，为了使得载体在旋转的过程中，避免稳定平台产生“摆尾”，稳定台体通过角接触轴承和载体相连。伺服电机的转子和壳体的连接采用两端各一个轴承。过载冲击会使得轴承的摩擦力瞬间增大，迫使伺服电机输出较大力矩，降低陀螺稳定平台的性能，严重时将会产生陀螺稳定平台的“飞车”。我们已经申请的发明专利“一种用于高速滚转载体的陀螺稳定平台及其控制方法”，没有涉及载体过载冲击时的加载方法，无法保证在过载冲击时具有较好的性能。在陀螺稳定平台的研制过程中，模拟陀螺稳定平台的过载冲击，对其进行有效的加载测试，从而调整控制策略，有助于提高陀螺稳定平台的控制性能。目前尚未见文献报道陀螺稳定平台过载冲击加载方法。

发明内容
为了提高陀螺稳定平台在过载冲击下的控制性能，本发明提供一种用于陀螺稳定平台过载冲击的加载装置，模拟过载冲击，对陀螺稳定平台进行加载测试，以便有效的调整控制策略，提高控制性能。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是包括陀螺稳定平台、角接触轴承、推力轴承、弹簧、推力平板和计算机。陀螺稳定平台包含伺服电机、伺服电机控制器和平台台体，伺服电机的输出轴连接平台台体，平台台体上安装陀螺。角接触轴承外圈和载体相连，内圈与平台台体相连接。推力轴承的一侧通过轴承支架和角接触轴承的外圈相连接，另一侧与垂直于弹簧轴心的弹簧端面相接触。垂直于弹簧轴心的另一弹簧端面与推力平板的表面相接触。角接触轴承、推力轴承和弹簧的轴心位于同一直线上。外力作用于推力平板的另一平面与弹簧轴心的交点处，使弹簧发生形变。外部施加的力通过弹簧、推力轴承、角接触轴承，传递到陀螺稳定平台上，模拟陀螺稳定平台所受到的过载冲击。稳定平台的控制性能通过陀螺测量得到，借助伺服电机控制器，传输到计算机上。利用计算机可观测得到稳定平台的控制性能。本发明通过分析陀螺稳定平台在应用过程中所受到的过载冲击力，根据弹簧的劲度系数，计算出所需的弹簧压缩量。对于质量为mkg的陀螺稳定平台来说，外部过载冲击使得陀螺稳定平台产生的加速度为a m/s2，则过载冲击力F=maG。采用劲度系数为kN/m的弹簧，压缩量为ma / k时，产生的力可等效成该过载冲击力。通过施加外部力，使弹簧产生相应的压缩量，模拟陀螺稳定平台所受到的过载冲击，给陀螺稳定平台进行加载。根据加载后利用计算机监测到的陀螺稳定平台性能，进一步调节控制策略，提高陀螺稳定平台在过载冲击下的性能。本发明的有益效果是1)模拟陀螺稳定平台所受到的过载冲击力，对陀螺稳定平台进行加载；2)有效提高陀螺稳定平台过载冲击状态下的控制性能。本发明应用于陀螺稳定平台中，可实现陀螺稳定平台过载冲击的加载。


图1为所提陀螺稳定平台加载装置结构图。图中，I一伺服电机，2—平台台体，3—角接触轴承，4一推力轴承，5—弹簧，6—推力平板，7—轴承支架，8—载体支座，9一载体，10—伺服电机控制器，11 一滑环，12—计算机。
具体实施例方式本发明包括陀螺稳定平台、角接触轴承、推力轴承、弹簧、推力平板和计算机。陀螺稳定平台包含伺服电机、伺服电机控制器和平台台体，伺服电机的输出轴连接平台台体，平台台体上安装陀螺。角接触轴承外圈和载体相连，内圈与平台台体相连接。推力轴承的一侧通过轴承支架和角接触轴承的外圈相连接，另一侧与垂直于弹簧轴心的弹簧端面相接触。垂直于弹簧轴心的另一弹簧端面与推力平板的表面相接触。角接触轴承、推力轴承和弹簧的轴心位于同一直线上。外力作用于推力平板的另一平面与弹簧轴心的交点处，使弹簧发生形变。外部施加的力通过弹簧、推力轴承、角接触轴承，传递到陀螺稳定平台上，模拟陀螺稳定平台所受到的过载冲击。稳定平台的控制性能通过陀螺测量得到，借助伺服电机控制器，传输到计算机上。利用计算机可观测得到稳定平台的控制性能。所述的推力平板为一钢板。下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。本发明装置实施实例的结构参照图1，由伺服电机1、平台台体2、角接触轴承3、推力轴承4、弹簧5、推力平板6、弹簧支座7、载体支座8、载体9、伺服电机控制器10、计算机
11、滑环12组成。本装置伺服电机I选用永磁同步电机，具有体积小、结构简单、控制调节方便、调速范围广、动态响应快等优点。其主要性能如下无刷，额定电压27V，额定转速1800rpm，工作温度_40°C +80°C。本装置平台台体2选用铝制材料制成，具有质量轻的优点。安装在平台台体上的陀螺采用速率陀螺。本装置角接触轴承3采用接触角度为15°的角接触轴承。本装置推力轴承4的内径为37mm。本装置弹簧5选用压缩弹簧，具体性能指标为内径外38_，外径为54_，劲度系数为 50N/mm。本装置推力平板6选用5mm厚钢板。
本装置轴承支架7选用钢质材料加工而成。本装置载体支座8选用钢质材料加工而成。本装置载体9选用圆形结构，厚度为3_的钢质材料加工而成，且前端具有直径为12mm的输出轴，用于安装滑环。本装置伺服电机控制器10的CPU采用DSP TMS320F2812,功率开关管器件采用MOSFET。本装置滑环11选用20线的滑环。本装置计算机12选用研华610H工控机，通过滑环，以RS-422通信协议和伺服电机控制器，进行数据通信。用于陀螺稳定平台控制性能监测的上位机软件采用Labwindows/CVI编写。安装过程中，保证圆形载体、角接触轴承、推力轴承、弹簧三者同轴连接。在上述四部分的轴心与推力平板的交点处，施加外力，使弹簧发生形变，模拟稳定平台受到的过载冲击力。根据弹簧的压缩量，计算出所加外力。加力过程中的陀螺稳定平台控制性能，可以通过陀螺测量得到，通过伺服电机控制器传送到计算机上，完成陀螺稳定平台控制性能的监测。对于质量为O. 2kg的陀螺稳定平台来说，外部过载冲击使得陀螺稳定平台产生的加速度为490m/s2，过载冲击力F=O. 2*490=98N。采用的弹簧劲度系数为50N/mm，所需的压缩量为1.96mm。通过外部加力，使弹簧的压缩量为1. 96mm，在陀螺稳定平台上产生的效果可等效成该过载冲击力。
权利要求
1.一种用于陀螺稳定平台过载冲击的加载装置，包括陀螺稳定平台、角接触轴承、推力轴承、弹簧、推力平板和计算机，其特征在于陀螺稳定平台包含伺服电机、伺服电机控制器和平台台体，伺服电机的输出轴连接平台台体，平台台体上安装陀螺；角接触轴承外圈和载体相连，内圈与平台台体相连接；推力轴承的一侧通过轴承支架和角接触轴承的外圈相连接，另一侧与垂直于弹簧轴心的弹簧端面相接触，垂直于弹簧轴心的另一弹簧端面与推力平板的表面相接触；角接触轴承、推力轴承和弹簧的轴心位于同一直线上；外力作用于推力平板的另一平面与弹簧轴心的交点处，使弹簧发生形变；外部施加的力通过弹簧、推力轴承、角接触轴承，传递到陀螺稳定平台上，模拟陀螺稳定平台所受到的过载冲击；稳定平台的控制性能通过陀螺测量得到，借助伺服电机控制器，传输到计算机上，观测得到稳定平台的控制性能。
全文摘要
本发明提供了一种用于陀螺稳定平台过载冲击的加载装置，伺服电机的输出轴连接平台台体，平台台体上安装陀螺；角接触轴承外圈和载体相连，内圈与平台台体相连接；推力轴承的一侧通过轴承支架和角接触轴承的外圈相连接，另一侧与垂直于弹簧轴心的弹簧端面相接触，垂直于弹簧轴心的另一弹簧端面与推力平板的表面相接触；角接触轴承、推力轴承和弹簧的轴心位于同一直线上。本发明能够有效提高陀螺稳定平台过载冲击状态下的控制性能，可实现陀螺稳定平台过载冲击的加载。
文档编号G01C25/00GK103017790SQ20121051993
公开日2013年4月3日 申请日期2012年12月3日 优先权日2012年12月3日
发明者王德成, 林辉, 齐蓉 申请人:西北工业大学