三轴挠性气浮台调平衡状态判定方法技术

三轴挠性气浮台调平衡状态判定方法，它涉及一种气浮台调平衡状态判定方法，以解决现有挠性气浮台的调平衡中，无法实现极限下调平衡状态的问题，首先，将台体在水平面方向上提起至最大工作角度，然后，放下让其自由下落，若台体做往复摆动，直至台体接近翻转；若台体向大角度翻转时，此临界状态即为气浮台的极限调平衡状态，此时，运动周期最长，计算得到气浮转台达到极值不平衡力矩时台体的偏转角度；若台体向小角度翻转时，则将台体再置于水平面静止，然后自由下落，若不能在最大工作角度回转，直至台体能在最大工作角度回转，此临界状态即为气浮台的极限调平衡状态，此时运动周期最长，计算得到气浮台达到极值不平衡力矩时台体的偏转角度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种气浮台调平衡状态判定方法，属于测量

技术介绍
三轴气浮台是空间力学环境模拟系统最重要的设备之一，其原理是依靠高压气体在气浮球轴承和轴承座之间的气膜支撑台体，形成微阻尼、微摩擦的三自由度转动，使得台体运动可模拟空间微小干扰力矩的力学环境，因此气浮台调平衡是气浮台核心技术之一。在只考虑重力不平衡力矩且认为台体是刚体的时候，三轴气浮台呈现3D摆运动，单轴呈现复摆运动。从理论上计算，气浮台可以无限调平衡(即将重心调节调节至无限接近转动中心，不平衡力矩无限接近于零，此时台体运动周期接近于无限长)。根据目前的资料检索可以发现，气浮台调平衡的判定方法均基于此理论。如林来兴提出了考虑重力不平衡力矩的条件下，通过调节质心使得气浮台的运动周期尽量长，最终的平衡状态以运动周期长短来判定气浮台的平衡状态(林来兴，当今小卫星技术水平和发展我国小卫星应用的对策，科技导报，vol.2，pp：7-10，1998)；向东在《三轴气浮台自动调平衡方法》一文中提到，可以根据运动周期和静平衡角度来判定气浮台平衡状态(向东，杨庆俊，包钢，王祖温，三轴气浮台自动调平衡方法。大连海事大学学报，32(3):25-29，2008)。由于气浮台必然具有一定挠性，其重心位置在转动过程中会出现偏移，尤其在重心无限接近转动中心时，气浮台并不处于调平衡状态，可能会出现转动过程中翻转的现象，此时其运动并不遵循复摆模型运动规律。李彦斌提出了挠性气浮台的重心在转动中会发生偏移，其偏移量与台体夹角的二倍成正弦关系，且此偏移量可能会和原重心偏差产生补偿(重力引起的三自由度气浮台各类不平衡力矩关系及影响，李彦斌、向东，机械工程学报，Vol.51No.21，2015)，但未对其运动特征进行研究，也没有研究其平衡状态的判定准则。综上，在挠性气浮台的调平衡中，气浮转台并不能无限调平衡，每一个气浮转台都有其调平衡极限状态，即极值不平衡力矩最小状态。但如何将气浮台调节至此状态，并且如何判定已调节至此状态，在目前的研究成果中尚未提及。
技术实现思路
本专利技术是为解决现有挠性气浮台的调平衡中，无法实现极限下调平衡状态的问题，进而提供一种三轴挠性气浮台调平衡状态判定方法。本专利技术为解决上述问题采取的技术方案是：三轴挠性气浮台调平衡状态判定方法，首先，将台体1在水平面方向上提起至最大工作角度θmax，然后，放下让其自由下落，若台体1做往复摆动，则沿Z轴上调气浮台的质心，直至台体1接近翻转；若台体1向大角度翻转时，此临界状态即为气浮台的极限调平衡状态，此时，运动周期最长，且可根据公式计算得到气浮台达到极值不平衡力矩时台体1的偏转角度θ01；若台体1向小角度翻转时，则将台体1再置于水平面静止，然后自由下落，若不能在最大工作角度回转，则沿Z轴向下调节气浮台的质心，直至台体能在最大工作角度回转，此临界状态即为气浮台的极限调平衡状态，此时运动周期最长，且可根据公式，计算得到气浮台达到极值不平衡力矩时台体1的偏转角度θ02。本专利技术的有益效果是：本专利技术将台体抬起至最大工作角度，然后自由下落，通过台体的运动方向，来分别判定台体是否达到了极限调平衡状态，并可以计算出台体的极限不平衡力矩出现位置。本方法易于实现，无需测量和计算不平衡力矩即可判断气浮台是否已经达到调平衡状态，并且本方法耗时短，费用低。只需要肉眼观察台体运动方向即可判定气浮台的调平衡状态，并可以计算极限不平衡力矩位置点，为测量极值不平衡力矩提供了依据(可在此工作点直接通过力矩测量仪器测量不平衡力矩)；技术人员也可直接通过此方法调节气浮台，而无需计算台体不平衡力矩。该方法也适用于单轴挠性气浮台调平衡状态的判定。用于判断气浮台是否已经达到调平衡极限状态(极值不平衡力矩最小)，并可计算得到台体达到极值不平衡力矩时的工作点，可用于计算台体的极值不平衡力矩。附图说明图1为本专利技术的气浮台运动状态示意图。具体实施方式具体实施方式一：结合图1说明，本实施方式的三轴挠性气浮台调平衡状态判定方法是这样进行的：首先，将台体1在水平面方向上提起至最大工作角度θmax，然后，放下让其自由下落，若台体1做往复摆动，则沿Z轴上调气浮台的质心，直至台体1接近翻转；若台体1向大角度翻转时，此临界状态即为气浮台的极限调平衡状态，此时，运动周期最长，且可根据公式计算得到气浮台达到极值不平衡力矩时台体1的偏转角度θ01；若台体1向小角度翻转时，则将台体1再置于水平面静止，然后自由下落，若不能在最大工作角度回转，则沿Z轴向下调节气浮台的质心，直至台体能在最大工作角度回转，此临界状态即为气浮台的极限调平衡状态，此时运动周期最长，且可根据公式，计算得到气浮台达到极值不平衡力矩时台体1的偏转角度θ02。图1中，1为气浮台的台体，2为气浮球轴承。X和Z代表坐标系。实施例首先，将台体1在水平面方向上提起至最大工作角度θmax，然后放下让其自由下落，如气浮转台台体1做往复摆动，则沿Z轴上调气浮转台的质心，直至台体1接近翻转；由气浮台的力矩公式：M＝kmg sin2θ+mgr sinθ (1)其中，k为气浮台的台体的变形系数，m为气浮台质量，m的单位为kg；θ为气浮台的台体转角，θ的单位为°；r为绝对偏移量，r的单位为m，也即为米；公式(1)中第一项为气浮球重心因转动发生的变形偏移量所带来的不平衡力矩；第二项为重心在水平位置时的绝对偏移量带来的不平衡力矩；上述公式(1)中，当k<0时，第一项和第二项同向；第一项对于气浮转台的台体摆动是回复力矩，如果让气浮台的台体不翻转，则需使M为负值，即r＜-k2cosθ； (2)此时气浮转台的台体1绝对质心偏移在水平面上方，由于台体的最大工作角度为θmax，因此，质心极限值为，r0＝-2k cosθmax； (3)其中，r0为绝对质心的极限值，r0的单位为m；此时的气浮台的台体处于翻转临界状态，若超出临界状态，则气浮台的台体向大角度运动翻转，根据式(1)直接求解方程；可以计算得到气浮台达到极值不平衡力矩时的台体1的偏转角度θ01,θ01的单位为°；θ01=±arccoscosθmax+cos2θmax+84;---(4)]]>上述公式(1)中，若k>0时，两项反向。第一项对于台体1摆动是阻扰台体回复的力矩，如果让台体1在不翻转，需使M为负值，此时，由于k>0，为把M调节至最小，需先将r调节为负，即调节到水平面下方，然后将气浮台的台体绝对重心偏移需从水平面下方向上调节。此时的运动现象为：当r＜-k2cosθ时，气浮台的台体不翻转，再往上调节时，在0°附近的一个工作区间[-θ1,θ1]内的台体1会发生翻转；其中，-θ1,θ1是指一个不确定值的角度区间；当台体1运动角度跳出此区间之后，台体1开始回摆。因此，气浮台质心调节的极限状态的运动现象为当气浮台的台体1从接近于水平面开始摆动，到达一侧最大工作角度前已经开始回转。根据此原理，对式(1)求导，可计算得到质心偏移极限值为r0是指质心极限值，单位为m，若超出临界状态，则气浮台从零点处运动，至最大工作角度出无法返回。在此状态下，根据式(1)，可计算得到气浮台的台体在工作点时不平衡力矩达到极限值偏转角度：θ02=本文档来自技高网...

【技术保护点】
三轴挠性气浮台调平衡状态判定方法，其特征在于：该方法是这样进行的：首先，将台体(1)在水平面方向上提起至最大工作角度θmax，然后，放下让其自由下落，若台体(1)做往复摆动，则沿Z轴上调气浮台的质心，直至台体(1)接近翻转；若台体(1)向大角度翻转时，此临界状态即为气浮台的极限调平衡状态，此时，运动周期最长，且可根据公式计算得到气浮台达到极值不平衡力矩时台体(1)的偏转角度θ01；若台体(1)向小角度翻转时，则将台体(1)再置于水平面静止，然后自由下落，若不能在最大工作角度回转，则沿Z轴向下调节气浮台的质心，直至台体能在最大工作角度回转，此临界状态即为气浮台的极限调平衡状态，此时运动周期最长，且可根据公式，计算得到气浮台达到极值不平衡力矩时台体(1)的偏转角度θ02。

【技术特征摘要】
1.三轴挠性气浮台调平衡状态判定方法，其特征在于：该方法是这样进行的：首先，将台体(1)在水平面方向上提起至最大工作角度θmax，然后，放下让其自由下落，若台体(1)做往复摆动，则沿Z轴上调气浮台的质心，直至台体(1)接近翻转；若台体(1)向大角度翻转时，此临界状态即为气浮台的极限调平衡状态，此时，运动周期最长，且可根据公式计算得到气浮台...

【专利技术属性】
技术研发人员：向东，李新峰，薛龙献，魏伟，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23