W dziedzinie nawigacji inercyjnej, symulacji położenia statku powietrznego, lotnictwa i produkcji zaawansowanego sprzętu, urządzenia inercyjne (żyroskopy, akcelerometry) i systemy, które je obejmują (IMU, inercyjne systemy nawigacyjne) są podstawą wykrywania ruchu i pozycji. Ich wydajność bezpośrednio determinuje dokładność i niezawodność całego systemu. Jednoosiowy inercyjny stół testowy jest niezbędnym, precyzyjnym urządzeniem referencyjnym do oceny, kalibracji i standaryzacji tych "ośrodków nerwowych". Ten artykuł zagłębi się w jego podstawowe zasady działania i kluczowe wskaźniki wydajności, prezentując jego technologiczne znaczenie w najnowocześniejszych dziedzinach testowania.

I. Podstawowa zasada działania: Konstruowanie "idealnego" odniesienia ruchu

Istotą inercyjnego stołu testowego jest zapewnienie znanego, wysoce dokładnego i kontrolowanego jednoosiowego środowiska ruchu obrotowego dla testowanego urządzenia inercyjnego. Jego realizacja technologiczna jest kulminacją integracji precyzyjnej mechaniki, nowoczesnej kontroli serwo i precyzyjnego wykrywania.

1. Precyzyjne nadwozie mechaniczne: podstawa fizyczna wydajności

Precyzyjny system wału: Zaawansowane stołyzazwyczaj używają sparowanych łożysk kulkowych skośnych aby spełnić wymagania precyzyjnego pozycjonowania osiowego i promieniowego , wysokiej sztywności i wysokiej dokładności obrotu. To podstawa fizyczna do osiągnięcia bardzo niskiej stabilności prędkości i bardzo wysokiej dokładności położenia.

Technologia napędu bezpośredniego: Technologia ta eliminuje tradycyjne elementy przekładni zębatej i ślimakowej, wykorzystując silnik o wysokim momencie obrotowym i wielobiegunowym do bezpośredniego napędzania platformy. Jej zalety to brak luzu, niskie tętnienia momentu obrotowego i wysoka reakcja dynamiczna, całkowicie eliminując nieliniowe efekty błędów transmisji i elastyczności.

Struktura o wysokiej sztywności i niskim odkształceniu: Platforma i podstawa wykonane są z materiałów o niskim współczynniku rozszerzalności cieplnej i symetrycznej konstrukcji wzmacniającej, aby zapewnić minimalne odkształcenia geometryczne pod wpływem różnych obciążeń i temperatur, utrzymując w ten sposób stabilność systemu wału.

2. Precyzyjny system pomiaru kąta: "oczy" systemu

Kluczowym elementem jest ultraprecyzyjny enkoder z kratką kołową, z dziesiątkami, a nawet setkami tysięcy linii. Poprzez precyzyjne paski moiré i technologię podziału elektronicznego osiąga rozdzielczość sub-sekundową, a nawet mili-sekundową. Mierzy bezwzględną pozycję stołu w czasie rzeczywistym i w sposób ciągły, tworząc źródło sprzężenia zwrotnego dla w pełni zamkniętej pętli sterowania. Jego dokładność bezpośrednio determinuje odniesienie pozycjonowania systemu.

3. Wysokowydajny system sterowania serwo: "mózg" i "nerwy" systemu

Jest to system sterowania w czasie rzeczywistym w pętli zamkniętej oparty na szybkim procesorze sygnału cyfrowego (DSP/FPGA). Odbiera polecenia ruchu (takie jak pozycja, prędkość i sinusoidalne kołysanie) z komputera hosta, porównuje je z rzeczywistymi wartościami ze sprzężenia zwrotnego z kratki i oblicza oraz wyprowadza wielkości sterujące w czasie rzeczywistym, używając zaawansowanych algorytmów sterowania (takich jak adaptacyjne PID, kompensacja wyprzedzająca, obserwator zakłóceń i filtrowanie wycinające).

Kompensacja wyprzedzająca: Wstępnie kompensuje znaną bezwładność i tarcie systemu, poprawiając dokładność śledzenia dynamicznego.

Filtr wycinający: Precyzyjnie tłumi piki rezonansu mechanicznego, zapewniając stabilność systemu przy dużej przepustowości.

Sygnał sterujący jest wzmacniany przez wysokowydajny sterownik serwo i precyzyjnie napędza silnik momentu obrotowego, tworząc precyzyjną pętlę zamkniętą "polecenie-sterowanie-napęd-wykonanie-sprzężenie zwrotne-korekcja", osiągając w ten sposób płynny i precyzyjny ruch od bardzo niskiej do wysokiej prędkości.

II. Analiza kluczowych wskaźników wydajności: Definiowanie granic możliwości testowych

Ocena jakości jednoosiowego inercyjnego stołu testowego wymaga uwzględnienia wielu wymiarów, w tym statycznej, dynamicznej i adaptacji do środowiska. Poniższe wskaźniki są podstawowymi kryteriami wyboru inżynierów, a także reprezentują technologiczny pułap producenta.

1. Statyczne wskaźniki dokładności: Mierzone według "statycznych" standardów.

Dokładność pozycjonowania: Maksymalne odchylenie między poleconą pozycją a rzeczywistą pozycją zatrzymania (jednostka: sekundy łuku″). Kompleksowo odzwierciedla błąd systemu wału, błąd kratki i błąd stanu ustalonego sterowania i jest "absolutnym linijką" dokładności stołu.

Rozdzielczość pozycjonowania: Najmniejszy przyrost kątowy, który system sterowania może rozpoznać lub wykonać. Określa dolną granicę płynności ruchu i jest zwykle wyższa niż dokładność pozycjonowania (np. dokładność pozycjonowania 2 ″ może mieć rozdzielczość 0,36 ″ ).

Błąd obrotu wału: Obejmuje bicie promieniowe/osiowe, odnoszące się do nieidealnego ruchu osi obrotu w przestrzeni. Precyzyjne stoły mogą osiągnąć ten parametr ±1″, co jest kluczowe dla zapewnienia stabilności powierzchni stołu.

2. Dynamiczne wskaźniki wydajności: testowanie charakteru "ruchu".

Zakres prędkości kątowej i stabilność: Są to najbardziej krytyczne i technicznie wymagające wskaźniki.

Zakres: Musi obejmować ekstremalny zakres od poniżej prędkości obrotowej Ziemi (0,001 ° /s) do dużej prędkości manewrowej (±10000 °/s).

Stabilność prędkości: Podczas pracy ze stałą prędkością, wahania prędkości chwilowej w stosunku do średniej prędkości są powszechnie wyrażane jako wartość względna (np. 1×10⁻⁶). Bezpośrednio determinuje "czystość" wstrzykiwanej prędkości kątowej w testach kalibracji żyroskopu i jest ostatecznym wskaźnikiem zdolności systemu serwo stołu do tłumienia wahań momentu obrotowego i zakłóceń tarcia.

Przyspieszenie kątowe i przepustowość systemu:

Maksymalne przyspieszenie kątowe: określone przez szczytowy moment obrotowy silnika i całkowitą bezwładność systemu, wpływające na symulowaną manewrowość o dużej dynamice.

Przepustowość serwo: Górna granica częstotliwości (jednostka: Hz), przy której stół może dokładnie odtwarzać sinusoidalne polecenia ruchu. Wysoka przepustowość oznacza, że może bardziej realistycznie symulować drgania położenia statku powietrznego o wysokiej częstotliwości, co jest warunkiem wstępnym do testowania charakterystyk odpowiedzi dynamicznej urządzenia.

3. Wskaźniki obciążenia i wszechstronności

Nośność i dopasowanie bezwładności: Nie wystarczy skupiać się wyłącznie na maksymalnej nośności; stopień dopasowania między bezwładnością obciążenia a bezwładnością wirnika stołu jest kluczowy. Właściwe dopasowanie jest kluczem do zapewnienia, że wydajność dynamiczna nie ulegnie pogorszeniu.

Interfejs synchronizacji i komunikacji: Obsługuje synchronizację sprzętową PPS (impuls na sekundę) i szybki przemysłowy Ethernet w czasie rzeczywistym (np. EtherCAT), aby zapewnić dokładną synchronizację między ruchem stołu a znacznikiem czasu zewnętrznego systemu akwizycji danych. Jest to podstawa do przeprowadzania złożonych eksperymentów, takich jak nawigacja zintegrowana i testowanie wieloosiowe.

Podsumowanie: Wybór technologii i realizacja wartości

Wybór inercyjnego stołu testowego nie polega po prostu na dążeniu do najwyższej wartości dla pojedynczego wskaźnika, ale na precyzyjnym dopasowaniu w oparciu o charakterystykę testowanego urządzenia (takiego jak żyroskopy światłowodowe, IMU MEMS i żyroskopy laserowe) i zadanie testowe (kalibracja zerowego przesunięcia, testowanie współczynnika skali i symulacja środowiska dynamicznego).

Testowanie żyroskopów laserowych/precyzyjnych żyroskopów światłowodowych wymaga ekstremalnego dążenia do stabilności przy bardzo niskich prędkościach i bardzo niskich wibracjach kątowych.

Podczas testowania taktycznych IMU MEMS lub szukaczy, wysoka przepustowość, wysokie przyspieszenie i zdolność do odtwarzania złożonych trajektorii ruchu mają większe znaczenie.

Jako kluczowy sprzęt metrologiczny i testowy w górnym biegu łańcucha przemysłowego technologii inercyjnej, wydajność inercyjnego stołu testowego bezpośrednio wpływa na ustanowienie i weryfikację możliwości pułapu dokładności urządzeń downstream. To nie tylko zimny kawałek sprzętu, ale także "rzemieślnik" i "strażnik", który promuje postęp technologii inercyjnej i zapewnia dokładność zaawansowanego sprzętu kraju.

Jiujiang Ruya Precision Technology Co., Ltd. specjalizuje się w precyzyjnych inercyjnych stołach testowych, zobowiązując się do dostarczania użytkownikom kompleksowych rozwiązań, od standardowych jednoosiowych po złożone systemy wieloosiowe. Nasze produkty, charakteryzujące się najwyższą precyzją, doskonałą niezawodnością i otwartą architekturą systemu, obsługują liczne krajowe laboratoria kluczowe i wiodące przedsiębiorstwa branżowe, co czyni nas godnym zaufania partnerem w zakresie technologii testowania inercyjnego.