稳定平台按照有无动力源可以分为无源平台和有源平台两大类[8][9] 。无源平台是利用重力摆原理直接隔离载体的运动;无源平台结构简单,价格低廉,但是响应速度慢。而有源平台是利用惯性器件敏感载体提供的数据,通过伺服控制,隔离载体的运动。有源平台稳定精度高,响应速度快,可以实现平台的多种控制功能。由于有源平台的各种优点,现在采用的大部分稳定平台都是以有源平台为主。稳定平台的典型模式是陀螺稳定平台。陀螺稳定平台包括敏感机构、控制机构和执行机构三部分组成。稳定平台的敏感机构由三轴陀螺、三轴加速度、三轴磁力计及专用数字信号处理器等组成,敏感机构用来测量载体的全方位姿态角,得到其相对于海平面的两文角度;控制机构主要由计算机和电机驱动器组成,将敏感机构测得的角度信息进行分析处理,发出控制信号;执行机构由伺服电机、减速器、丝杆、传动齿轮、蜗轮蜗杆和铰链组成。 6832
根据驱动方式的不同,稳定平台又可以分为机电式稳定平台和电液式稳定平台两种[10][11]。机电式稳定平台驱动系统一般是采用步进电机,通过一套齿轮减速器或者直接连接在平台转轴上驱动平台纵摇或横摇;电液式稳定平台驱动系统一般是伺服阀或者比例阀控制的液压缸推动平台旋转或者是液压马达带动平台旋转。由于驱动方式的不同,稳定平台的控制方式也有较大区别。而现阶段的稳定平台大部分采用的是机电式稳定平台,因为电机控制技术相对成熟并且容易实现位置与速度的双闭环控制,同时对于体积比较小的紧凑型平台来说更具优势[12][13]。
国外在陀螺稳定技术的主要研究方向是小型化、数字化和集成化。陀螺稳定平台广泛用于飞机、舰船、车辆、导弹等运动载体。陀螺稳定平台的发展,随着陀螺仪的演变而变化。早在1936年,出现了滚珠轴承式的动力陀螺稳定平台,在军舰上用作测距仪的稳定器。1950年美国研制成功三轴陀螺稳定平台XN-1。
之后,在导弹和运载火箭惯性制导系统中,相继出现了静压气浮陀螺平台、动压气浮自由转子陀螺平台、液浮陀螺平台等,由于陀螺平台采用了这些浮力支承,摩擦力矩减小的陀螺仪,其精度得到提高。美国分别应用在“潘兴”I导弹、“土星”运载火箭、“民兵”Ⅰ、Ⅱ导弹以及“北极星”导弹上。60年代末,美国研制出结构简单、精度高、成本低的挠性陀螺仪为敏感元件的挠性陀螺平台,它在“三叉戟”Ⅰ潜地导弹、“战斧”巡航导弹,以及“潘兴”Ⅱ导弹上得到应用。随着陀螺平台技术的研究和发展,1973年美国研制出没有框架的浮球平台,即高级惯性参考球平台。为了进一步提高制导精度和可靠性,对浮球平台的支撑系统和温控系统进行了改进。陀螺稳定平台已由框架陀螺平台发展到浮球平台,陀螺平台的质量由几十千克发展到仅0. 8千克,外廓尺寸由0.5米以上发展到仅为0.08米的小型陀螺平台。
国内对陀螺稳定平台的研究起步较晚,在稳定和跟踪平台技术的研究方面与国外比还有着较大差距,虽有不少单位,如北京618所、电子3所、长春光机所、中科院成都光电所、西安应用光学研究所、华中光电技术研究所和清华大学等都在开展该应用领域的研究工作,但在稳定跟踪平台技术的研究上,由于惯性元件的技术不过关,成本较高,致使该项技术的研究始终没有取得突破性的进展,与国外相比仍有较大差距。
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