一种用于三轴气浮台的大负载高精度同步支撑系统的制作方法

本发明涉及卫星物理仿真试验领域，特别涉及三轴气浮台支撑系统的功能原理及其工作方式。

背景技术：

三轴气浮台通过气浮系统可以实现仪表平台的悬浮和微干扰力矩环境模拟。按照载荷在星体上的布局，在仪表平台上安装仿真设备，调整仪表平台的质量特性使其与卫星在轨时相同，从而模拟卫星在轨微干扰力矩状态下的动力学特性，完成地面模拟在轨试验，如航天器的姿态控制、图像配准与导航等。

气浮系统是气浮台的核心设备，主要由气浮球、轴承座组成。工作时，气浮球与轴承座的气膜厚度约为0.015mm。气浮球上端通过法兰盘和仪表平台连接，轴承座与气浮球精密配合，能够支撑气浮球和外载荷，同时具有和轴承支撑柱的安装接口。

现有气浮台的支撑系统采用机械同步支撑，支撑系统复杂。国内还没有气浮台支撑系统相关的专利文献。

技术实现要素：

本发明提供了一种气浮台支撑系统，用于三轴气浮台气浮轴承的安装、平台的升举和降落。该支撑系统通过同步控制系统实现3个支撑的同步升降，结构简单，且具有承载力大、同步精度高、自定位缓冲等特点。

本发明提供的气浮台支撑系统包括：支撑组件和同步控制系统；所述支撑组件包括伺服电机、升降机构、球头球窝组件、监测传感器；伺服电机驱动升降机构，球头球窝实现支撑接触和定位；监测传感器监测升降高度；同步控制系统控制驱动支撑组件同步升降。

进一步，所述球头球窝组件的球头安装于升降机构的一端，球窝安装于支撑对象支撑面；所述球头内还安装微动开关；球头球窝接触时，触发微动开关，降低支撑上升速度，减缓冲击；球头球窝的结构形状可实现支撑组件与平台的定位。

进一步，所述同步控制系统包括： OPTO SNAP-R和LMC058控制器、驱动器、伺服电机、绝对式光电码盘、微动开关、磁致伸缩传感器等；OPTO SNAP-R控制器接收外部升降指令，并通过LMC058控制器控制驱动三个支撑的同步升降运动。

进一步，所述支撑组件是3个结构相同且机械上独立的呈120°分布的支撑组件，通过同步控制系统实现高精度同步升降。

进一步，所述3个支撑组件由同一个控制器控制。

所述升降机构由伺服电机通过减速器驱动丝杠，实现升降运动。

本发明还提供所述气浮台支撑系统的工作方法，包括：控制系统控制伺服电机驱动升降机构实现三个支撑的高精度同步运动；支撑通过球头球窝准确定位平台，并触发微动开关，降低支撑速度，减小对平台冲击；最终将气浮台球轴承精密安全脱离或落入轴承座。

本发明的优点包括：

本发明提供的气浮台支撑系统采用一套控制系统控制三个支撑组件，可实现单个支撑的升降和三个支撑的同步升降，结构简单，同步性好；本发明采用球头球窝组件，协助气浮球轴承精确落入或脱离轴承座，并设置微动开关减小对仪表平台的冲击；本发明可支撑大质量仪表平台，完成各项试验准备工作，协助气浮球轴承和仪表平台的安装，并在非工作状态时举升仪表平台使气浮球轴脱离轴承座，以保护气浮球轴承，避免发生磕碰。

附图说明

图1（a）（b）为本发明实施例提供的气浮台支撑系统示意图；

图2为本发明实施例提供的支撑组件结构示意图；

图3为本发明实施例提供的球头球窝组件结构示意图；

图4为本发明实施例提供的同步控制系统示意图；

图5为本发明实施例提供的气浮台支撑系统结构框图。

具体实施方式

下文中，结合附图和实施例，对本发明作进一步阐述。

结合参考图1和图2，本发明提供的气浮台支撑系统包括：支撑组件2和同步控制系统；所述支撑组件包括伺服电机4、减速器5、升降机构6、监测传感器7、由球头8和球窝9组成的球头球窝组件；伺服电机4通过减速器5驱动升降机构6运动，球头球窝组件球面用于支撑接触和定位，连接升降机构和支撑对象；监测传感器7监测升降机构运动异常；同步控制系统控制可实现单个支撑组件的闭环控制和三个支撑的同步运动控制。

本实施例以图像配准与导航试验用三轴气浮台为例，对本发明作详细说明。

如图1所示，本实施例提供的气浮台支撑系统用于三轴气浮台，包括三套相同的支撑组件，所述三套支撑组件相隔120°分布，由一套同步控制系统进行控制，从而保证三套支撑组件的同步性；同步控制系统控制驱动其支撑气浮仪表平台1。三个支撑组件均布在以气浮台立柱为中心的Φ2400mm的圆周上，下端通过法兰安装在旋转平台上，支撑组件的三个球头的结构和安装位置分别对应于仪表平台底板下面的三个球窝。支撑组件的工作行程为500mm，改变支撑底座的高度可以适应不同的仪表平台结构或配载情况。

图2所示为支撑组件结构示意图。升降机构主要由滚珠丝杠、减速器组成。伺服电机通过传动比为2.6的直齿轮减速器5带动丝杠转动，丝杠上的螺母实现上下运动。滚珠丝杠选用FF6310-4，额定动载荷51.5KN，静载荷160.6KN。支撑系统可满足3吨仪表平台的支撑。

在升降机构的顶部和仪表平台被支撑部分安装有球头球窝组件。在支撑系统工作时，仪表平台有可能会偏离预定的举升位置。球头球窝组件的作用就是保证升降机构在举升过程中能够精确自定位，确保仪表平台被举升的过程中不会滑动和移位，同时在仪表平台降落过程中能够准确落入气浮球轴承的球窝中，并且不会对球轴承造成损伤，保证支撑系统依然能够平稳安全地托起仪表平台。

如图3所示，球头球窝组件的球头内还安装有微动开关10。在支撑过程中，当微动开关10的触杆11碰到位于仪表平台的球窝面时，触杆11下压，触动微动开关10，发出电信号，启动慢速工作模式，调整升降机构的顶升速度以减少支撑对仪表平台的冲击力。球头球窝的支撑形式，在保证精确的自定位的同时增大了接触面积，触发慢速工作模式，使冲击力进一步减小，从而很好的缓冲了大质量物体举升时的碰撞，保证了支撑系统工作时不会对仪表平台、气浮轴承产生不利影响。

如图4所示，同步控制系统的控制逻辑等功能由OPTO的SNAP-R系列控制器12完成，用一个控制器完成三个伺服电机的控制，有利于三个支撑组件的同步工作。OPTO SNAP-R控制器通过RJ45网线和LMC058控制器13连接。为确保运动总线上的最高性能，LMC058控制器与三个驱动器采用菊花链连线架构。三台电机设置其中一台为“主机”，另两台为客户机，通过LMC058控制器的CAN Motion总线实现“主机”和客户机间的自动同步，高度同步误差小于0.1mm。

监控传感器为磁致伸缩传感器，用于记录升降机构的绝对位移信息，实时计算支撑组件剩余的有效行程，当行程小于给定数值时，进入减速模式；监控系统采集并显示磁致伸缩传感器的测量数据，但不参与闭环控制，当磁致伸缩传感器检测到升降机构运动异常或不同步时，切断电机编码器与电机的闭环，由磁致伸缩传感器实现升降机构的全闭环控制，并发出警告，提示操作人员进行相应的检查操作。

本发明所提供的气浮台支撑系统通过监控传感器实时检测并反馈当前速度、当前位置、限位信息、电机运行状态、电源状态、和上位机的通讯状态等信息，检测到异常立即报警提示。系统的运行模式主要有两种：

手动控制模式：操作人员可以通过操作界面设定运行的速度、加速度、位置等信息，具有开始、停止等运行指令按钮，同时配备有手持操作盒，配置有升高、快升、降低、快降、停止等指令按钮。

联网控制模式：系统接收上位机的指令信息进行相应的运行设置，这是系统的正常工作模式。主要用于球轴承安装、仪表平台升举和降落。

本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。