在升降柱(3)上，用于限制姿态平台的倾斜角度；球面气浮轴承(I)安装在升降柱(3)的顶端； 所述第一气压管路(4)在第一控制器(5)的控制下为球面气浮轴承(I)和三个平面气浮轴承(6)供气；所述第一控制器(5)接收地面控制系统的启动指令和高度调节指令，根据地面控制系统的启动指令控制第一气压管路(4)的接通和关断，根据高度调节指令控制升降柱(3)的升降；第一控制器(5)还用于采集第一气压管路(4)的压力并输出给地面控制系统； 平动平台锂电池安装在平动平台安装面板(7)上表面，用于为平动平台供电； 所述姿态平台包括姿态平台安装面板(8)、2N个气瓶(9)、第二气压管路(10)、iGPS(ll)、四组冷气喷嘴(12)、惯性导航系统(13)、第二控制器(14)、三个飞轮(15)、质心调节系统(16)以及姿态平台锂电池；N为不为O的自然数； 所述姿态平台安装面板(8)为圆形，中心位置开有用于连接球面气浮轴承(I)的孔；2N个气瓶(9)对称布置在姿态平台安装面板(8)上，且气瓶嘴均朝向姿态平台安装面板(8)的圆心；四组冷气喷嘴(12)均匀布置在姿态平台安装面板(8)上，每组冷气喷嘴包括四个冷气喷嘴，分别沿本体坐标系的X轴、Y轴、Z轴正向、Z轴负向安装；三个飞轮(15)沿本体坐标系的X、Y、Z轴安装在姿态平台安装面板(8)上； 第二气压管路(10)、iGPS(ll)、惯性导航系统(13)、第二控制器(14)以及质心调节系统(16)均安装在姿态平台安装面板(8)上，所述第二气压管路(10)在第二控制器(14)的控制下为四组冷气喷嘴(12)供气；iGPS(ll)用于精确测量五自由度气浮式运动模拟器空间坐标位置并输出给第二控制器(14);惯性导航系统(13)用于实时采集姿态平台的角速度和转矩并反馈给第二控制器(14);质心调节系统(16)用于调节姿态平台的质心与球面气浮轴承(I)的球心重合； 第二控制器(14)接收地面控制系统的位置移动指令，根据该指令和iGPS(ll)实时输出的模拟器空间位置坐标，控制第二气压管路(10)的接通和关断，实现五自由度气浮式运动模拟器沿平动平台X、Y轴方向移动；第二控制器(14)接收地面控制系统的姿态旋转指令，根据该指令以及惯性导航系统(13)反馈的姿态平台角速度和转矩，控制第二气压管路(10)的接通和关断以及飞轮(15)的角速度和转矩，实现五自由度气浮式运动模拟器姿态平台沿本体坐标系X、Y、Z轴旋转；第二控制器(14)还用于将姿态平台的角速度和转矩以及第二气压管路(10)的压力输出给地面控制系统； 姿态平台锂电池安装在姿态平台安装面板(7)上表面，用于为姿态平台供电； 平动平台的X、Y、Z轴是指以平动平台的中心为原点，Z轴垂直于平动平台安装面板向上，X轴、Y轴正交且满足右手定则； 所述本体坐标系是指以姿态平台的旋转中心为原点，Z轴垂直于姿态平台安装面板向上，X轴、Y轴正交且满足右手定则。2.根据权利要求1所述的一种五自由度气浮式运动模拟器，其特征在于:所述姿态平台安装面板(8)包括上面板和下面板，下面板中心位置开有用于连接球面气浮轴承(I)的孔，2N个气瓶(9)均匀布置在上面板和下面板之间，第二气压管路(10)、iGPS(ll)、四组冷气喷嘴(12)、惯性导航系统(13)、第二控制器(14)、三个飞轮(15)、质心调节系统(16)以及锂电池安装在上面板或下面板上。3.根据权利要求1所述的一种五自由度气浮式运动模拟器，其特征在于:所述第一气压管路(4)包括第一高压气瓶组(17)、第一减压阀(18)、第二减压阀(19)、第三减压阀(20)、第一安全阀(21)、第一压力传感器(22)、第二压力传感器(23)、第三压力传感器(24)、第一稳压气容(25)、第二稳压气容(26)、第一开关阀(27)、第二开关阀(28)和第一截止阀(29)； 第一高压气瓶组(17)与第一减压阀(18)的输入端连接，第一减压阀(18)的输出端同时与第一压力传感器(22)、第二减压阀(19)的输入端以及第三减压阀(20)的输入端连接，第二减压阀(19)的输出端同时与第二压力传感器(23)以及第一稳压气容(25)的一端连接，第一稳压气容(25)的另一端通过第一开关阀(27)与球面气浮轴承(I)连接；第三减压阀(20)的输出端同时与第三压力传感器(24)以及第二稳压气容(26)的一端连接，第二稳压气容(26)的另一端通过第二开关阀(28)与三个平面气浮轴承(6)连接；第一高压气瓶组(17)同时与第一安全阀(21)以及第一截止阀(29)连接； 所述第二减压阀(19)和第三减压阀(20)的输入气压相同，第一减压阀(18)的输入气压高于第二减压阀(19)和第三减压阀(20)的输入气压； 所述第二压力传感器(23)和第三压力传感器(24)的输入气压相同，第一压力传感器(22)的输入气压高于第二压力传感器(23)和第三压力传感器(24)的输入气压。4.根据权利要求1所述的一种五自由度气浮式运动模拟器，其特征在于:所述第二气压管路(10)包括第二高压气瓶组(30)、第四减压阀(31)、第五减压阀(32)、第四压力传感器(33)、第五压力传感器(34)、第三稳压气容(35)、第三开关阀(36)、第二安全阀(37)和第二截止阀(38); 第二高压气瓶组(30)与第四减压阀(31)的输入端连接，第四减压阀(31)的输出端同时与第四压力传感器(33)以及第五减压阀(32)的输入端连接，第五减压阀(32)的输出端同时与第五压力传感器(34)以及第三稳压气容(35)的一端连接，第三稳压气容(35)的另一端与第三开关阀(36)的一端连接，第三开关阀(36)的另一端与四组冷气喷嘴连接；第二高压气瓶组(30)同时与二安全阀(37)以及第二截止阀(38)连接； 所述第四减压阀(31)的输入气压高于第五减压阀(32)的输入气压； 所述第四压力传感器(33)的输入气压高于第五压力传感器(34)的输入气压。5.根据权利要求1所述的一种五自由度气浮式运动模拟器，其特征在于:所述防侧翻机械限位装置(2)为一个圆环状的平板，可拆卸地安装在升降柱(3)上端，且圆环状平板上还覆盖一层缓冲材料。6.根据权利要求1所述的一种五自由度气浮式运动模拟器，其特征在于:所述第二控制器(14)实现五自由度气浮式运动模拟器姿态平台沿本体坐标系X、Y、Z轴旋转的方法为: (6.1)第二控制器(14)根据惯性导航系统(13)反馈的姿态平台姿态角速度计算姿态平台当前姿态角，并根据地面控制系统发送的姿态旋转指令计算姿态平台的目标姿态角，计算姿态平台当前姿态角与姿态平台目标姿态角之间的姿态角偏差； (6.2)第二控制器(14)判断姿态角偏差是否大于预先设定的阈值，如果大于，则第二控制器(14)通过控制第二气压管路(10)的接通和关断来控制冷气喷嘴(12)工作，从而对姿态平台的姿态角和转矩进行控制，使姿态平台沿本体坐标系X、Y、Z轴旋转，当其姿态角接近目标姿态角时进入步骤(6.3);如果姿态角偏差不大于预先设定的阈值，则进入步骤(6.4); (6.3)第二控制器(14)根据惯性导航系统(13)反馈的姿态平台角速度计算当前姿态平台姿态角，并计算与姿态平台目标姿态角之间的姿态角偏差，进入步骤(6.4); (6.4)第二控制器(14)根据姿态角偏差以及惯性导航系统(13)反馈的转矩，分别计算X、Y、Z三个方向上飞轮(15)需要的角速度和转矩，通过飞轮(15)的角速度和转矩控制姿态平台沿本体坐标系X、Y、Z轴旋转，直到姿态平台的姿态角达到目标姿态角。
【专利摘要】一种五自由度气浮式运动模拟器，包括平动平台和姿态平台，平动平台包括球面气浮轴承、防侧翻机械限位装置、升降柱、第一气压管路、第一控制器、三个平面气浮轴承、平动平台安装面板以及平动平台锂电池，姿态平台包括姿态平台安装面板、2N个气瓶、第二气压管路、iGPS、四组冷气喷嘴、惯性导航系统、第二控制器、三个飞轮、质心调节系统以及姿态平台锂电池，平动平台完成平动平台X、Y两个方向的平移运动，姿态平台完成俯仰轴、横滚轴、偏航轴三个方向的旋转运动，从而实现航天器空间姿态旋转运动和轨道平移运动的模拟。
【IPC分类】G09B9/08
【公开号】CN105185188
【申请号】CN201510634277
【发明人】许剑, 李科, 张中哲, 邓松波, 杨涛
【申请人】北京精密机电控制设备研究所, 中国运载火箭技术研究院
【公开日】2015年12月23日
【申请日】2015年9月29日