一种两自由度大负载跟踪稳定平台系统，包括基座、四个线振动减振器、方位框架、俯仰框架、任务载荷（光电成像器件、两支MEMS加速度计、两支MEMS陀螺仪、POS）、两部有刷直流力矩电机、两支光电码盘、两框架控制电路。基座通过线振动减振器与飞机相连，隔离飞机线振动。方位框架由基座支承，并承载俯仰框组件，实现0°至360°内回转；俯仰框架由方位框支承，并承载任务载荷，实现-90°至0°回转。控制部分根据陀螺仪提供的框架角速率信息以及POS或加速度计提供的姿态信息驱动电机转动框架，补偿隔离飞机角运动。本发明专利技术具有精度高、承载/自重比大的特点并具有自身姿态基准，适用于轻小型航空监控系统中相机视轴的稳定。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于航空光电成像
，涉及一种两自由度大负载跟踪稳定平台系统，适用于以直升飞机或轻小型飞机为飞行平台的航空光电成像系统，可用于航空遥感、基础测绘、军事侦察等领域。
技术介绍
稳定跟踪平台由于能隔离载体(导弹、飞机、战车、舰船)扰动，不断测量平台姿态和位置的变化，精确保持动态姿态基准，并通过图像探测设备实现对机动目标自动跟踪，所以在现代武器系统中得到了广泛的应用。例如:在弹(箭)制导导引头中，要求跟随主稳定的目标瞄准线能够隔离弹体角运动对武器射击线的扰动，通过安装在稳定跟踪平台上的图像探测装置获取稳定的目标图像，为大视场目标捕获和小视场目标识别与跟踪提供测量和计算基准，提高在行迸间的发射命中率；坦克、装甲战车等地面车辆需要频繁机动、停止、快速瞄准和行进间射击，其作战平台不仅应具有高度的机动能力，还应具备运动间稳定瞄准，跟踪、射击能力，稳定跟踪平台可用于安装昼视、夜视、测距功能三合一的观瞄设备，获取稳定的视场，使观察者能清楚地洞察战场情况；雷达的天线体积庞大，经常受到各种各样的干扰，为了使其按预定规律搜索或实现目标跟踪，需要稳定系统来隔离这些干扰。在航空侦察摄影观测设备、机载目标指示器、空间遥感探测和海底声纳探测等深海作业场合，稳定跟踪平台都得到了广泛的应用。两自由度跟踪稳定平台有效跟踪目标和稳定成像载荷，是航空侦察平台中使用最多的一种，技术较为成熟。即将光电传感器等侦察设备置于相互正交的俯仰、方位两个框架组成的平台上，通过陀螺敏感平台相对惯性空间运动，然后经通络稳定回路驱动框架力矩电机，克服外界干扰力矩，达到稳定目的。典型的国外产品主要有:以色列C0NTR0P精密技术公司研制的ESP-600C型无人机载光电侦查平台采用两轴平台，其方位转动范围360° XN、俯仰+10° -10°、最大角速度50° /S、最大角加速度-50° /s2，其稳定精度达到15urad。MSSP-3型海事观察平台主要用于海事巡逻飞机和巡逻船，采用四框架陀螺稳定系统，带有高分辨力前视红外相机、高性能CCD (Charge CoupledDevice,电荷稱合器件)相机和激光测距仪。这两种稳定平台代表了二框架结构和四框架二轴机构形式稳定平台的国际先进水平。但是目前研究较多的是承载小、载荷少、体积小的机载跟踪稳定平台，此外，还存在稳定范围小，没有POS提供姿态基准不能工作的问题。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题是:克服现有技术的不足，提出一种两自由度大负载跟踪稳定平台系统，稳定精度高、承载/自重比并可以自主提供姿态基准，适用于直升飞机或轻小型飞机航空成像、侦察作业。本专利技术的技术解决方案是:一种两自由度大负载跟踪稳定平台系统，其特征包括结构系统、动力系统及控制系统；所述的结构系统包括四个线振动减振器、基座、方位框架和俯仰框架；所述的动力系统均采用有刷直流力矩电机+减速齿轮系统，包括方位有刷直流力矩电机和方位减速齿轮，用于驱动方位框架；俯仰有刷直流力矩电机和俯仰减速齿轮，用于驱动俯仰框架；所述控制系统包括测量组件和控制电路，测量组件包括光电成像器件、位置姿态测量系统POS、两支MEMS陀螺仪、一支MEMS加速度计、方位光电码盘、俯仰光电码盘；控制电路的电路板集中安装在电路箱内，且电缆线路从方位轴系、俯仰轴系内部穿过；光电成像器件、POS、陀螺仪、加速度计通过俯仰轴系支承安装在方位框架内，方位框架通过方位轴系支承吊于基座下，基座采用圆周封闭的整体式环形硬铝合金结构通过四个线振动减振器坐安装底板上。所述的方位框架、俯仰框架由外到内分布，两框架回转轴线正交于一点；方位框架采用封闭的整体式U形结构，通过方位轴系支承吊于在基座下，绕方位轴实现0°至360°旋转，并由方位光电码盘测量方位框架和基座的相对转角；俯仰框架采用开放的整体式方形结构，通过俯仰轴系支承安装在方位框架内，绕左俯仰轴、右俯仰轴实现-90°至0°旋转，并由俯仰光电码盘测量俯仰框架和方位框架的相对转角；方位框架隔离基座方位角速率，俯仰框架隔离基座滚转角速率；实现抵消干扰力矩，实时稳定和调整俯仰框架上的光电成像器件视轴的目的。本专利技术的原理是:两自由度大负载跟踪稳定平台系统由两个框架构成，由外至内分别是方位框架、俯仰框架。方位框架的回转轴沿着飞机的航向方向，用以隔离飞机的方位角运动；俯仰框架的回转轴沿飞机飞行方向，用以隔离飞机的横滚角运动；各回转轴均以顺时针旋转为正。如图2所示，方位有刷直流力矩电机，驱动方位框架转动，俯仰有刷直流力矩电机驱动俯仰框架转动；安装在俯仰框架上的方位MEMS陀螺仪敏感方位框架沿方位轴相对于惯性空间的转动角速度，俯仰MEMS陀螺仪敏感俯仰框架沿俯仰轴相对于惯性空间的转动角速度；安装在俯仰框架上的俯仰加速度计敏感重力加速度在俯仰轴的加速度投影；方位光电码盘测量方位框架与基座间相对转角，俯仰光电码盘测量俯仰框架与方位框架间相对转角。伺服控制器根据速率陀螺敏感到的框架角速率信息和加速度计或POS测量出的姿态信息产生控制信号，控制信号经过功率驱动模块转换为电压信号给力矩电机，力矩电机输出驱动力矩，通过齿轮减速装置反向驱动两个框架转动，实现抵消干扰力矩，实时稳定或调整光电成像载荷视轴的目的。本专利技术与现有技术相比的优点在于:(I)结构部分采用整体、开放式设计，基座采用圆周封闭的整体式环形硬铝合金结构坐安装于机舱板上；方位框采用封闭的整体式U形结构吊于基座下方，俯仰框采用开放的整体式方形结构安装于方位框内。以上措施使得本专利技术相对于现有两轴跟踪稳定平台，克服了载荷体积大带来的不利，具有承载大，承载载荷多、力矩大的特点。(2)主电路板集中安装在电路箱内，电路箱安装在方位框架侧板上；电缆线路从方位轴、右俯仰轴内部穿过；上述措施使得平台结构紧凑，绕线干扰减小，调试容易；(3)平台内部安装加速度计提供位置姿态基准，使平台在没有POS情况下可实现水平自主稳定；同时，选用MEMS惯性器件显著减小了所需要的空间尺寸和重量，并可获得更大的稳定范围；(4)框架动力系统采用有刷直流力矩电机+减速齿轮的组合方式，力矩大，易于实现框架控制。附图说明图1为本专利技术的组成框图及其连接关系；图2为本专利技术的总体剖面视图以及坐标系方向的规定；图3为本专利技术的基座剖面图；图4为本专利技术的方位动力系统剖面图；图5为本专利技术的俯仰动力系统剖面图；图6为本专利技术的方位轴系剖面图；图7为本专利技术的俯仰轴系剖面图；图8为本专利技术的方位码盘剖面图；图9为本专利技术的方位码盘剖面图；图10为本专利技术的工作原理示意图。具体实施例方式如图1所示，本专利技术包括结构系统、动力系统及控制系统；所述的结构系统包括四个线振动减振器2、基座1、方位框架6和俯仰框架10 ;所述的动力系统均采用有刷直流力矩电机+减速齿轮系统，包括方位有刷直流力矩电机4和方位减速齿轮20，用于驱动方位框架6 ;俯仰有刷直流力矩电机15和俯仰减速齿轮16，用于驱动俯仰框架10 ;所述控制系统包括测量组件和控制电路，测量组件包括光电成像器件17、位置姿态测量系统POSll测量俯仰框架10姿态信息、方位MEMS陀螺仪敏感方位框架沿方位轴相对于惯性空间的转动角速度，俯仰MEMS陀螺仪敏感俯仰框架沿俯仰轴相对于惯性空间的转动角速度；加速度计8敏感方重力加速度在俯仰轴的加速本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种两自由度大负载跟踪稳定平台系统，其特征在于包括结构系统、动力系统及控制系统；所述的结构系统包括四个线振动减振器（2）、基座（1）、方位框架（6）和俯仰框架（10）；所述的动力系统均采用有刷直流力矩电机+减速齿轮系统，包括方位有刷直流力矩电机（4）和方位减速齿轮（20），用于驱动方位框架（6）；俯仰有刷直流力矩电机（15）和俯仰减速齿轮（16），用于驱动俯仰框架（10）；所述控制系统包括测量组件和控制电路，测量组件包括光电成像器件（17）、位置姿态测量系统POS（11）、两支MEMS陀螺仪（13）、一支MEMS加速度计（8）、方位光电码盘（3）、俯仰光电码盘（7）；控制电路的电路板集中安装在电路箱（5）内，且电缆线路从方位轴系（18）、俯仰轴系（14）内部穿过；光电成像器件（17）、位置姿态测量系统POS（11）、陀螺仪（13）、加速度计（8）通过俯仰轴系（14）支承安装在方位框架（6）内，方位框架（6）通过方位轴系（18）支承吊于基座（1）下，基座（1）采用圆周封闭的整体式环形硬铝合金结构通过四个线振动减振器（2）坐安装底板（19）上。所述的方位框架（6）、俯仰框架（10）由外到内分布，两框架回转轴线正交于一点；方位框架（6）采用封闭的整体式U形结构，通过方位轴系（18）支承吊于在基座（1）下，绕方位轴系（18）实现0°至360°旋转，并由方位光电码盘（3）测量方位框架（6）和基座（1）的相对转角；俯仰框架（10）采用开放的整体式方形结构，通过俯仰轴系（14）支承安装在方位框架（6）内，绕俯仰轴系（14）实现?90°至0°旋转，并由俯仰光电码盘（7）测量俯仰框架（10）和方位框架（6）的相对转角；方位框架（6）隔离基座方位角速率，俯仰框架（10）隔离基座滚转角速率；实现抵消干扰力矩，实时稳定和调整俯仰框架上的光电成像器件视轴的目的。...
【技术特征摘要】
1.一种两自由度大负载跟踪稳定平台系统，其特征在于包括结构系统、动力系统及控制系统；所述的结构系统包括四个线振动减振器(2)、基座(I)、方位框架(6)和俯仰框架(10);所述的动力系统均采用有刷直流力矩电机+减速齿轮系统，包括方位有刷直流力矩电机(4)和方位减速齿轮(20 )，用于驱动方位框架(6 );俯仰有刷直流力矩电机(15 )和俯仰减速齿轮(16)，用于驱动俯仰框架(10);所述控制系统包括测量组件和控制电路，测量组件包括光电成像器件(17)、位置姿态测量系统POS (11)、两支MEMS陀螺仪(13)、一支MEMS加速度计(8)、方位光电码盘(3)、俯仰光电码盘(7);控制电路的电路板集中安装在电路箱(5)内，且电缆线路从方位轴系(18)、俯仰轴系(14)内部穿过；光电成像器件(17)、位置姿态测量系统POS (11)、陀螺仪(13)、加速度计(8)通过俯仰轴系(14)支承安装在方位框架(6)内，方位框架(6)通过方位轴系(18)支承吊于基座(I)下，基座(I)采用圆周封闭的整体式环形硬铝合金结构通过四个线振动减振器(2)坐安装底板(19)上。所述的方位框架(6)、俯仰框架(10)由外到内分布，两框架回转轴线正交于一点；方位框架(6)采用封闭的整体式U形结构，通过方位轴系(18)支承吊于在基座(I)下，绕方位轴系(18)实现0°至360°旋转，并由方位光电码盘(3)测量方位框架(6)和基座(I)的相对转角；俯仰框架(10)采用开放的整体式方形结构，通过俯仰轴系(14)支承安装在方位框架(6)内，绕俯仰轴系(14)实现-90°至O。旋转，并由俯仰光电码盘(7)测量俯仰框架(10)和方位框架(6)的相对转角；方位框架(6)隔离基座方位角速率，俯仰框架(10)隔离基座滚转角速率；实现抵消干扰力矩，实时稳定和调整俯仰框架上的光电成像器件视轴的目的。2.根据权利要求1所述的一种两自由度大负载跟踪稳定平台系统，其特征在于:所述基座(I)底部设计4个向上突起，4个突起下分别放置4个线形减振器(2)，减振器与安装底板(19)相连，实现线形减振 器(2)内嵌式安装，并隔离来自飞机载体的高频振动；基座(I)中部方位轴系安装孔(102)根据方位角接触轴承(1803)结构及尺寸设计，实现基座(I)和方位角接触轴承(1803)外环的配合。3.根据权利要求1所述的一种两自由度大负载跟踪稳定平台系统，其特征在于:所述方位有刷直流力矩电机(4 )由电刷(402 )、电机轴座(405 )、电机轴(408 )、转子钢环(410 )、绕组线圈(403 )、定子钢环(404 )、轴承(409 )、固定螺母(401)和安装法兰(411)组成，通过方位电机轴座(405 )安装在基座(I)上；方位有刷直流力矩电机(4 )的输出轴端设计成方位电机轴端齿轮(406)形式，方位电机轴端齿轮(406)与方位减速齿轮(20)啮合。4.根据权利要求1所述的一种两自由度大负载跟踪稳定平台系统，其特征在于:所述俯仰有刷直流力矩电机(15)由电刷(1511)、电机轴座(1501)、电机轴(1502)、转子钢环(1509)、绕组线圈(1510)、定子钢环(1505)、轴承(1506)、固定螺母(150...
【专利技术属性】
技术研发人员：周向阳，张宏燕，房建成，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：
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