一种洛伦兹力磁悬浮万向稳定平台重力卸载控制器

本发明涉及一种洛伦兹力磁悬浮万向稳定平台重力卸载控制器，尤其适用于航天领域模拟失重环境。

背景技术：

0、技术背景

1、当代重力卸载系统虽然在一定程度上实现了对重力压力的有效卸载，但仍存在一些不足之处，主要表现在以下几个方面：

2、现有的重力卸载系统，授权专利202110728166.5中所述的一种旋转关节地面重力洛伦兹力磁悬浮卸载系统仅满足了单方向的重力卸载要求，在更广泛的环境中可能无法提供足够的解决方案，例如在航天器中，需要全方位的重力卸载来模拟微重力或无重力环境不能够很好的实现。现有的重力卸载系统的设计或控制策略不够优化，导致卸载过程中存在能量损失或卸载速度较慢，从而影响了卸载效率，还有卸载精度不够高的问题，这是由于系统的传感器、控制器或执行机构等方面的限制所导致的。重力卸载系统需要具有较高的稳定性，以确保在长期使用过程中能够保持其性能。然而，一些现有的重力卸载系统存在稳定性问题，例如由于机械磨损、电气故障或环境因素等导致的性能下降或失效。

技术实现思路

1、针对以上不足，本申请提供了一种洛伦兹力磁悬浮万向稳定平台重力卸载控制器，可以实现全方位的重力卸载并且可以提高其卸载效率、精度，更好的控制平台的稳定性。

2、为实现上述目的，所述控制器组成包括：上位机pc、下位机fpga、程控直流电源、光电码盘、线位移传感器、ad转换模块，以及洛伦兹力磁悬浮万向稳定平台；

3、所述下位机fpga与光电码盘连接，用于向光电码盘发送请求位置信息ma时钟信号并接收slo数据信号；下位机fpga与光电码盘通过biss协议通信，biss具有较高的响应速度和通信速率；光电码盘通过db9接口与主控板连接，下位机fpga发出的ma由ttl电平转为差分信号输出给光电码盘，然后光电码盘返回的slo信号经芯片处理后由差分信号转为ttl电平输入至fpga。(ma是由主设备发出的信号，用于激活或初始化与传感器或其他从设备之间的数据传输。slo是从设备发出的数据信号，用于将传感器采集的数据传输回主设备。)

4、所述上位机pc与下位机fpga通过以太网连接，用于交互信号；上位机pc通过接口向下位机fpga发送传感器数据读写指令，下位机fpga接收指令并根据指令返回相应的数据给上位机pc，上位机pc通过自定义公式计算得出卸载重力大小需要的电流大小。

5、所述程控电源与上位机pc连接，程控电源通过db9串口连接线与上位机pc相连接，根据所选的通信协议和指令格式，构造一个用于设置电源输出电流的控制指令，在用过上位机软件向程控电源发送控制指令。

6、所述下位机fpga与线位移传感器通过ad转换模块连接，用于接收直线位移传感器输出的位移信号；设计信号调理电路将线位移传感器输出的信号进行调理，包括放大、滤波等，以适应ad转换模块的输入范围和要求，ad转换模块将调理后的模拟信号转换为数字信号，ad转换模块将数字信号输出，通过接口spi传输到下位机fpga中。

7、所述控制器的组成部分中，虽然本实例采用了光电码盘作为角位移传感器，但控制器设计具有通用性，其他类型的角位移传感器同样可以适用于本控制器，只需进行相应的适配和调整。

8、本发明具有以下优点：

9、所述控制器以fpga为核心的数据采集和处理，节省了外围电路的空间，而且移植性和扩展性好，具有一定的通用性。

10、所述控制器中的角位移测量精度非常高，采用的角度位移传感器是rexa超高精度绝对式圆光栅，使用两个resolutetm读数头，实现超高精度。

11、所述控制器通过精确控制磁轴承线圈中的电流大小，能够实现转子的悬浮和稳定，从而避免了传统机械轴承中的摩擦和磨损，提高了卸载重力的精度、效率，减小了系统损耗。

技术特征：

1.一种洛伦兹力磁悬浮万向稳定平台重力卸载控制器，主要组成包括：上位机pc、下位机fpga、程控直流电源、光电码盘、线位移传感器、ad转换模块，以及洛伦兹力磁悬浮万向稳定平台；其特征在于：

2.根据权利要求1中所述的洛伦兹力磁悬浮万向稳定平台重力卸载控制器，其特征在于：所述步骤二中上位机pc将采集的位移数据进行转换的过程，光电码盘测得的角度位移记为α，载荷台的重量为m，沿着载荷台方向的分力为f1，垂直与载荷台方向的分力为f2，根据公式有

3.根据权利要求1中所述洛伦兹力磁悬浮万向稳定平台重力卸载控制器，其特征在于采用光电码盘作为角位移传感器，对于其他类型的角位移传感器，通过适配和调整同样适用于本控制器，此类情形亦在保护范围内。

技术总结本发明涉及了一种洛伦兹力磁悬浮万向稳定平台重力卸载控制器。主要组成包括：上位机PC、下位机FPGA、程控直流电源、光电码盘、线位移传感器、AD转换模块，以及洛伦兹力磁悬浮万向稳定平台。当平台载荷舱姿态运动导致重心发生变化时，光电码盘测出角度位移信息发送给下位机FPGA，下位机FPGA将数据信号打包发送至上位机PC，上位机PC计算出需要平衡卸载重力的电流大小，然后发送指令给程控直流电源，程控直流电源进而调节磁轴承线圈电流大小，实现平台载荷舱任意姿态下的重力卸载。本发明属于航天领域，可在地面模拟太空失重环境，支撑洛伦兹力磁悬浮卫星等浮体式航天器姿态控制技术的研究攻关和演示验证。技术研发人员：王卫杰,王宸宇,任元,樊亚洪,陈飞宇,李佰琦,孙中昊,张舒迪,孙嘉诚,张玮安,席佳仪,王奕凡受保护的技术使用者：中国人民解放军战略支援部队航天工程大学技术研发日：技术公布日：2024/4/17