【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于浮空器地面锚泊，公开了一种大型系留气球主动顺桨锚泊系统及其控制方法。
技术介绍
1、系留气球广泛应用于民用、军用等多个领域，用于搭载任务载荷实现监测、通讯中继等功能。系留气球大小，未有严格的划分标准，按照展开后的长度进行划分，可简单分为小、中、大三类，大型气球通常长度可达上百米及以上，中小型系留气球有过一定的产品应用，大型系留气球在国内外应用较少。
2、大型系留气球由于长度长和体积大等特点，由外部风场产生的载荷大，大型系留气球回转平台转动惯性大，转动有滞后，对系留气球将造成较大冲击，中小型系留气球常规使用的通过系留气球锁具带动回转装置进行被动拖拽回转的结构，将影响大型系留气球的使用寿命和安全运营。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于:系留气球是一种靠顺桨运行的浮空器，大型系留气球由于体积大，迎风面大，其锚泊设备笨重，在遭遇较大风速时，产生的风阻对球体及锚泊设备将产生较大冲击，间接影响系留气球的使用寿命，因此，需通过降低回转平台的回转阻力，来减少风阻对系留气球产生的冲击。本专利技术提出一种大型系留气球主动顺桨锚泊系统及其控制方法，能够在大型系留气球地面锚泊期间，通过预测风场数据，预先驱动回转平台进行瞬时的主动回转，并通过系留气球和回转装置反馈的数据，进行闭环控制，使回转装置与系留气球实现同步回转，并在锚泊系统上设置了缓冲装置，吸收主动顺桨控制瞬间产生的冲击，通过本专利技术，能够有效降低大型系留气球顺桨转动时产生的冲击,增强锚泊系统与系留气球回转的同步性。
2、为解决上述技术问题，本专利技术提供以下技术方案：
3、一种大型系留气球主动顺桨锚泊系统，包括：基座、回转平台、回转支承、系留塔、系留锁、牵引绳、锚泊绳、风速风向检测仪、控制器、回转驱动电机、gps测量仪和磁罗盘；
4、所述基座固定设置在地面上，所述回转平台通过回转支承安装在基座上且所述回转平台通过回转支承相对于基座在水平面内旋转；
5、所述系留塔设置在回转平台前端，所述系留锁安装在系留塔顶端用于连接并锁定系留气球头部；所述牵引绳设置在回转平台尾部，所述锚泊绳一端与系留气球后端连接，一端与牵引绳连接，与系留锁共同完成系留气球的地面锚泊；
6、所述风速风向检测仪安装在系留气球底部用于测量所在位置的风速和风向；gps测量仪安装在系留气球上用于测量系留气球的航向角；磁罗盘安装在回转平台上用于测量回转平台的航向角；
7、所述回转驱动电机安装在回转平台上用于驱动回转支承内外圈相对转动从而驱动回转平台转动；
8、所述控制器安装在回转平台上，控制器采集风速风向检测仪、gps测量仪和磁罗盘生成的数据；并根据上述数据驱动回转驱动电机主动转动使得回转平台与系留气球航向保持同步。
9、进一步，所述系统还包括：导向轮；所述导向轮设置在回转平台尾部下方，用于辅助回转平台绕回转支承转动。
10、进一步，所述系统还包括：导向驱动电机；
11、所述导向驱动电机在控制器控制下驱动导向轮主动旋转。
12、进一步，所述系统还包括：旋转连接器；所述旋转连接器内外层可相对转动，旋转连接器一端通过叉耳固定在回转平台上，另一端通过叉耳固定在基座上；
13、回转平台与基座之间的控制线缆穿过旋转连接器。
14、进一步，所述系统还包括：编码器；所述编码器设置在回转驱动电机上用于采集回转驱动电机转动角速度，并将采集的转动角速度反馈至控制器用于控制器的闭环控制。
15、进一步，所述系统还包括：辅助收绳装置、张力传感器和缓冲装置；
16、所述辅助收绳装置设置在回转平台尾部，通过电机驱动收放牵引绳；
17、所述张力传感器设置在辅助收绳装置上，用于检测牵引绳上的张力，并将采集数据反馈至控制器和缓冲装置；
18、所述缓冲装置设置在辅助收绳装置旁，牵引绳缠绕在缓冲装置上后经导向轮与锚泊绳连接；缓冲装置用于在牵引绳张力迅速增大至上限值时释放出一端牵引绳以降低牵引绳张力，并在牵引绳张力下降至下限值后收回一端牵引绳保持牵引绳张力。
19、一种大型系留气球主动顺桨锚泊系统控制方法，所述方法用于控制所述的系统，所述方法包括以下步骤：
20、步骤一：控制器上电自检，自检通过进入步骤二；
21、步骤二：控制器检测gps测量仪和磁罗盘的航向角，并计算两者的航向角偏差是否超过设定值；若超过则进入步骤四；否则进入步骤三；
22、步骤三：控制器根据当前一段时间内的风速大小和gps测量仪与磁罗盘的航向角偏差进行回转预判，若预判回转平台不会发生转动，则不进行主动回转，返回步骤二；若预判回转平台将会发生转动，则进入步骤四；
23、步骤四：控制器向回转驱动电机发送使能指令，并发送转动速度和转动方向控制指令，控制回转驱动电机进行主动回转；
24、步骤五：编码器实时反馈回转驱动电机转速，控制器判断转速是否超限，若超限，则进入步骤六，否则进入步骤七；
25、步骤六：控制器向回转驱动电机发出新的转动速度和转动方向控制指令，进入步骤七；
26、步骤七：回转驱动电机经运行时间t后，判断gps测量仪和磁罗盘的航向角偏差是否减小至小于设定值，若是，则结束；若否，则返回步骤四。
27、进一步，所述步骤三中，回转平台是否会发生转动预判方式如下：
28、计算回转驱动力矩m1，公式如下：
29、
30、其中，my为气动系数，ρ为系留气球内气体密度，v为前三秒内的平均风速，s为系留气球迎风面积，与航向角偏差呈正相关，l为系留气球长度；
31、若回转驱动力矩力矩m1大于回转平台回转固有力矩m2，则预判会发生转动，否则预判不会发生转动。
32、进一步，所述步骤四中，转动方向控制指令根据gps测量仪和磁罗盘的航向角关系确定，以顺时针转动为参考基准，当磁罗盘的航向角滞后gps测量仪的航向角时，转动方向为顺时针转动，若磁罗盘的航向角超前gps测量仪的航向角，则转动方向为逆时针转动；
33、转动速度n计算公式如下：
34、
35、其中，nmax为回转驱动电机额定转速，β为gps测量仪与磁罗盘的航向角偏差值的绝对值，α为偏差值设定值。
36、进一步，所述步骤六中，新的转动方向指令与上一次的转动方向指令相同；新的转动速度为上一次转动速度*0.9。
37、本申请的有益效果在于：
38、本专利技术提出一种大型系留气球主动顺桨锚泊系统及其控制方法，能够在大型系留气球地面锚泊期间，通过计算系留气球锚泊状态下的流场分布，预测下一阶段系留气球的运动趋势，预先驱动回转平台进行瞬时的主动回转控制，并通过系留气球和回转平台反馈的数据，进行闭环控制，使回转平台与系留气球实现同步回转，减轻回转平台转动滞后对系留气球顺桨运动造成的冲击，从而克服回转平台转动惯性大，转动滞后的特本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种大型系留气球主动顺桨锚泊系统，其特征在于：所述系统包括：基座、回转平台、回转支承、系留塔、系留锁、牵引绳、锚泊绳、风速风向检测仪、控制器、回转驱动电机、GPS测量仪和磁罗盘；
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述系统还包括：导向轮；所述导向轮设置在回转平台尾部下方，用于辅助回转平台绕回转支承转动。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于：所述系统还包括：导向驱动电机；
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于：所述系统还包括：旋转连接器；所述旋转连接器内外层可相对转动，旋转连接器一端通过叉耳固定在回转平台上，另一端通过叉耳固定在基座上；
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于：所述系统还包括：编码器；所述编码器设置在回转驱动电机上用于采集回转驱动电机转动角速度，并将采集的转动角速度反馈至控制器用于控制器的闭环控制。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述系统还包括：辅助收绳装置、张力传感器和缓冲装置；
7.一种大型系留气球主动顺桨锚泊系统控制方法，所述方法用于控制前述任一权利要求
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：所述步骤三中，回转平台是否会发生转动预判方式如下：
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：所述步骤四中，转动方向控制指令根据GPS测量仪和磁罗盘的航向角关系确定，以顺时针转动为参考基准，当磁罗盘的航向角滞后GPS测量仪的航向角时，转动方向为顺时针转动，若磁罗盘的航向角超前GPS测量仪的航向角，则转动方向为逆时针转动；
10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：所述步骤六中，新的转动方向指令与上一次的转动方向指令相同；新的转动速度为上一次转动速度*0.9。
...【技术特征摘要】
1.一种大型系留气球主动顺桨锚泊系统，其特征在于：所述系统包括：基座、回转平台、回转支承、系留塔、系留锁、牵引绳、锚泊绳、风速风向检测仪、控制器、回转驱动电机、gps测量仪和磁罗盘；
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述系统还包括：导向轮；所述导向轮设置在回转平台尾部下方，用于辅助回转平台绕回转支承转动。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于：所述系统还包括：导向驱动电机；
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于：所述系统还包括：旋转连接器；所述旋转连接器内外层可相对转动，旋转连接器一端通过叉耳固定在回转平台上，另一端通过叉耳固定在基座上；
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于：所述系统还包括：编码器；所述编码器设置在回转驱动电机上用于采集回转驱动电机转动角速度，并将采集的转动角速度反馈至控制器用于控制器的闭环控制...
【专利技术属性】
技术研发人员：罗贤斌，赖贞华，梁美玲，舒欣，贾丽丽，钱航，
申请(专利权)人：中国特种飞行器研究所，
类型：发明
国别省市：
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