高空气球吊篮方位控制概述防腐热电阻

高空气球吊篮方位控制概述

高空气球吊篮方位控制概述 2012： 高空气球吊篮在天文观测、气象、遥感、高能物理等科学领域有广阔的应用前景。工作过程中，气球吊篮通常吊挂在载体下方l0～100 m处，绕水平轴的摆动由于有重力矩作为自稳定力矩而幅度非常小。中科院北京天文台的高空气球实验中发现绕方位轴的随机转动足影响吊篮姿态稳定的主要原因，所以方位控制对吊篮姿态的稳定有重要的意义。 国内对于高空气球吊篮的方位控制的研究已经取得一定进展。中国科学院紫金山天文台王楠森等人提出了用于大气层外射线研究的高空气球吊篮方向控制系统的机械结构和功能构架，观测仪器同定在俯仰轴上，吊篮带有反捻机构和反作用飞轮用于方位控制口1。王楠森等人还提出了基于高空气球吊篮方位控制的方法，利用磁敏感器件检测方位角位置信息，利用力矩电机和反作用飞轮作为执行机构控制气球吊篮方位。林宝军等人中提出了利用高空气球吊篮的方位角信息和反作用飞轮转速信息构建状态观测器，从而控制高空球载气球吊篮方位角的方法。何琳琳等人对采用反作用飞轮和反捻机构的实现吊篮方位控制进行了研究，设计了一种速率控制式下的反作用飞轮控制系统，该系统工作在方位角位置环内部，提高了执行机构的驱动能力。 国外的气球吊篮研究多已进入实用领域。澳大利亚在20世纪90年代初放飞的用于收集太空射线的高空气球，搭载设备的吊篮可以自动回复参考位置，指向精度±1。l 993～1 995年由美国空军菲力浦实验室开展的高空气球实验(HABE)，其吊篮搭载的光学跟踪设备上使用了地磁仪和陀螺测量方位角位置和角速度，但两者的控制对象足吊篮上作为负载的万向架，而不足吊篮本身。意大利科学家2005年研制的高空气球吊篮，接受GPS的方位信号，通过驱动反作用飞轮，完成对吊篮的方位控制¨引。 以上的气球吊篮均采用地磁信息或卫星定位信息进行方位角检测，而地磁信息敏感系统和卫星定位信息的采样频率都比较低，分别为几十赫兹和1赫兹左右，因而其对扰动的抑制带宽都比较低。上述吊篮系统的负载都相对吊篮保持静止或具有较低的方位机动性，因而采用单一的方位角位置闭环就可以满足设计需要。而针对具有较高方位机动性和较大转动惯量的负载，负载转动相当于给气球吊篮一个较强的扰动，此仅仅采用低采样率的单闭环控制无法保证吊篮方位稳定。 利用高采样率的角速率陀螺输出信号作为反馈，在角位置控制环内部增加高带宽的角速度控制环是光电、火炮的自动跟踪系统中常用的提高系统快速性和抗扰动能力的技术手段。本文将这一技术手段引入到高空气球吊篮的方位控制系统中，增加了系统在强扰动下的方位稳定能力。

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