یک تست اینرسی دو محورهمیز یک قطعه اصلی از تجهیزات برای تست عملکرد سیستم های ناوبری اینرسی و سیستم های کنترل وضعیت است. با شبیه سازی حرکت زاویه ای یک حامل در فضای دو بعدی، مراجع وضعیت دقیق و تحریکات حرکتی را برای دستگاه های اینرسی (مانند ژیروسکوپ ها و شتاب سنج ها) و سیستم اینرسی فراهم می کند. عملکرد فنی میز نرخ مستقیماً دقت و قابلیت اطمینان تست اینرسی را تعیین می کند و هسته آن به اصول کنترل حرکت با دقت بالا و طراحی ساختاری با استحکام بالا و تداخل کم متکی است. این مقاله به منطق اصلی کنترل حرکت، فناوری های کلیدی، اجزای اصلی طراحی ساختاری و ملاحظات طراحی می پردازد و مکانیسم ذاتی را که از طریق آن شبیه سازی حرکت زاویه ای با دقت بالا را به دست می آورد، نشان می دهد.I. اصل کنترل حرکت یک تست اینرسی دو محورهableهدف اصلی کنترل حرکت برای یک تست اینرسی دو محورهنرخمیز، دستیابی به حرکت زاویه ای مستقل یا مرتبط در دو محور متعامد است (معمولاً محورهای سمت و گام) برای برآورده کردن الزامات شبیه سازی وضعیت در سناریوهای مختلف تست، مانند چرخش با سرعت ثابت، موقعیت یابی زاویه ای ونوسانسینوسی. اصل کنترل آن بر اساس یک سیستم کنترل حلقه بسته از "تولید فرمان - بازخورد سیگنال - تصحیح خطا" است که فناوری های کلیدی مانند محاسبه سینماتیک، درایو سروو و تشخیص با دقت بالا را برای اطمینان از دقت حرکت زاویه ای خروجی و عملکرد پاسخ پویا ادغام می کند.

(I) منطق کنترل اصلی: ساختار کنترل حلقه بستهسیستم اندازه گیری و کنترل یک جزء مهم ازمیز

نرخ است. عملکردهای اصلی آن را می توان به این صورت خلاصه کرد: اجرای استراتژی کنترل سروو سیستم، انجام عملکردها و عملکردهای فنی سیستم و اطمینان از عملکرد عادی، ایمن و قابل اطمینان سیستم.اصلمیز بر اساس تئوری کنترل خطا است، جایی که تفاوت بین مقدار فرمان و مقدار بازخورد، خطا است و هدف کنترل ایده آل این است که خطا را صفر کند. این خطا توسط الگوریتم های PID، الگوریتم های تصحیح پیشخور، الگوریتم های جبران اصطکاک و غیره پردازش می شود تا یک مقدار ولتاژ تولید شود. سپس این مقدار ولتاژ از طریق یک برد D/A استاندارد صنعتی به عنوان ورودی درایور موتور خروجی می شود. درایور موتور، موتور را با توجه به ولتاژ داده شده برای کنترل موتور هدایت می کند. موتور، قابنرخمیز بر اساس تئوری کنترل خطا است، جایی که تفاوت بین مقدار فرمان و مقدار بازخورد، خطا است و هدف کنترل ایده آل این است که خطا را صفر کند. این خطا توسط الگوریتم های PID، الگوریتم های تصحیح پیشخور، الگوریتم های جبران اصطکاک و غیره پردازش می شود تا یک مقدار ولتاژ تولید شود. سپس این مقدار ولتاژ از طریق یک برد D/A استاندارد صنعتی به عنوان ورودی درایور موتور خروجی می شود. درایور موتور، موتور را با توجه به ولتاژ داده شده برای کنترل موتور هدایت می کند. موتور، قابنرخمیز را به چرخش در می آورد و زاویه چرخش توسط یک انکودر زاویه ای به دست می آید، از طریق یک ماژول اندازه گیری زاویه و کارت جمع آوری داده به برنامه کنترل (یعنی مقدار بازخورد) بازخورد داده می شود. سپس این مقدار بازخورد با مقدار فرمان مقایسه می شود و این چرخه کنترل تا زمانی که خطا صفر شود ادامه می یابد.این سیستم از یک ساختار کنترل فرعی متشکل از یک حلقه جریان آنالوگ و یک حلقه موقعیت دیجیتال استفاده می کند. ورودی درایور موتور از طریق یک کارت مبدل D/A کنترل می شود و درایور موتور، موتور را برای دستیابی به کنترل موتور هدایت می کند. دو شفت سیگنال های موقعیت شفت را از طریق انکودرهای زاویه ای منتقل می کنند که سپس از طریق یک ماژول اندازه گیری زاویه و یک کارت جمع آوری داده به برنامه کنترل بازخورد داده می شوند. سپس سیستم کنترل از الگوریتم های کنترل PID و الگوریتم های کنترل قوی پیشرفته برای کنترل صفحه گردان استفاده می کند و در نتیجه حلقه موقعیت سیستم را تشکیل می دهد. حلقه موقعیت، حلقه بازخورد اصلی سیستم است که دقت کنترل و الزامات دینامیکی سیستم را تضمین می کند. حلقه جریان سیستم به صورت داخلی توسط درایور پیاده سازی می شود. این حلقه جریان، بازخورد منفی جریان آرمیچر را تشکیل می دهد تا تأثیر نوسانات ولتاژ منبع تغذیه را کاهش دهد، خطی بودن گشتاور کنترل را بهبود بخشد و از جریان بیش از حد در مدار تبدیل توان و موتور جلوگیری کند.

2. نرم افزار کنترل

: نرم افزار کنترلنرخنرخمیز دو بعدی را تشکیل می دهد که عمدتاً مدیریت یکپارچه آنلاین فرآیندهای غیر بلادرنگ، تست عملکرد، تنظیمات حفاظت ایمنی و عملکردهای نظارت را درک می کند. لایه پایین تر نرم افزار، سطح کنترل مستقیم سیستم کنترل 

نرخمیز دو بعدی است که برای تشکیل حلقه های کنترل سروو مستقل مختلف استفاده می شود.(II) فناوری های کلیدی: تشخیص با دقت بالا و جبران خطاطرح کنترل سروواستراتژی کنترل سیستم را پیاده سازی می کند و در نتیجه عملکرد سیستم را به طور کامل تضمین می کند.

کل کنترلر از چهار جزء تشکیل شده است: یک کنترلر PID کلاسیک، یک کنترلر پیشخور با اختلاف فاز صفر بر اساس پیش جبران نقطه صفر، یک جبران کننده اصطکاک تطبیقی و یک کنترلر قوی بر اساس یک ناظر اختلال.

میز نصب می شوند تا دمای کاردر کنترل حلقه بسته موقعیت، از یک روش کنترل قوی بر اساس یک ناظر اختلال استفاده می شود. از ناظر اختلال برای سرکوب اختلالات گشتاور و خطی کردن سیستم استفاده می شود. ایده اصلی این است که تفاوت های بین خروجی شیء واقعی و مدل اسمی ناشی از اختلالات گشتاور خارجی و تغییرات در پارامترهای مدل را با ورودی کنترل برابر کنیم، یعنی اختلال معادل را مشاهده کنیم و یک جبران معادل را در کنترل معرفی کنیم تا اختلال را سرکوب کنیم و استحکام سیستم کنترل را افزایش دهیم. طراحی حلقه بسته موقعیت عمدتاً پایداری سیستم و خطای موقعیت استاتیک را در نظر می گیرد و از اقدامات فیلتر منطقی موثر برای بازخورد موقعیت برای حذف تأثیر خطاهای بیت و سوء تعبیرها استفاده می کند. کنترلر حلقه بسته موقعیت از کنترل مرکب برای اطمینان از عملکرد روان سیستم حلقه بسته بدون افزایش بیش از حد استفاده می کند. پارامترهای آن را می توان به صورت تطبیقی تنظیم کرد تا با بارهای مختلف سازگار شود و استحکام سیستم کنترل را در برابر تغییرات پارامتر افزایش دهد.(II) فناوری های کلیدی: تشخیص با دقت بالا و جبران خطانرخ1. : از عناصر تشخیص با دقت بالا برای به دست آوردن وضعیت حرکت قاب

نرخ

میز استفاده می شود. همزمان، رابط های سیگنال و قدرت لازم باید رزرو شوند تا اتصال بین قطعه تست و سیستم های تست خارجی تسهیل شود و طراحی رابط باید از تأثیر بر محدوده حرکت و دقتنرخمیزهای با دقت بالا به طور گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرند. از طرف دیگر، انکودرهای فوتوالکتریک دارای مزایای سرعت پاسخ سریع و وضوح بالا هستند که آنها را برای سناریوهایی با الزامات عملکرد دینامیکی بالا مناسب می کند. برای بهبود بیشتر دقت تشخیص، معمولاً از فناوری زیر تقسیم چند سر خوان استفاده می شود. با روی هم قرار دادن و زیر تقسیم سیگنال ها از چندین سر خوان، تأثیر خطاهای علامت گذاری و خطاهای نصب عناصر تشخیص کاهش می یابد. 2. 

فناوری جبران خطا

: این فناوری که نرم افزار و سخت افزار را ترکیب می کند، خطاهای سیستماتیک و تصادفی موجود در طول حرکت

نرخ

میز را جبران می کند و برای بهبود دقت کنترل بسیار مهم است. خطاهای سیستماتیک عمدتاً شامل خطاهای انتقال مکانیکی، خطاهای هندسی قاب (مانند خطاهای تعامد بین دو محور، بیرون زدگی شعاعی و محوری سیستم شفت) و خطاهای منطقه مرده موتور است. خطاهای تصادفی عمدتاً شامل اختلالات بار، رانش دما و ارتعاشات خارجی است. استراتژی های جبران شامل موارد زیر است: ابتدا، جبران کالیبراسیون آفلاین، که از تجهیزات اندازه گیری با دقت بالا مانند تداخل سنج های لیزری برای کالیبره کردن خطاهای سیستماتیک، ایجاد یک مدل خطا و فراخوانی مدل در زمان واقعی در طول کنترل برای لغو خطاها استفاده می کند. دوم، جبران تطبیقی آنلاین، که از الگوریتم های کنترل تطبیقی برای شناسایی خطاهای تصادفی مانند اختلالات بار و رانش دما در زمان واقعی، تنظیم پویا پارامترهای کنترل و بهبود قابلیت ضد تداخل سیستم استفاده می کند.

II. طراحی ساختاری یک تست اینرسی دو محورهنرخمیز

نرخنرخ تست اینرسیمیز باید الزامات اصلی "دقت بالا، استحکام بالا، تداخل کم و وزن سبک" را برآورده کند. باید اطمینان حاصل شود که ساختار مکانیکی می تواند حرکت را با دقت منتقل کند و در عین حال تأثیر تداخل خود را بر دقت آزمایش به حداقل برساند. ساختار اصلی آن از قابمیز، مونتاژ سیستم شفت، مکانیسم انتقال، ساختار پشتیبانی و دستگاه های محافظ تشکیل شده است. طراحی هر قسمت مستقیماً عملکرد مکانیکی و دقت تستمیز را تعیین می کند.

میز نصب می شوند تا دمای کار1. T: به عنوان جزء اصلی برای پشتیبانی از نمونه تست و تحقق حرکت زاویه ای، از یک قاب داخلی (قاب محور گام) و یک قاب بیرونی (قاب محور سمت) تشکیل شده است که به صورت متعامد توسط یک مونتاژ سیستم محور متصل می شوند. طراحی قاب باید استحکام و وزن سبک را متعادل کند: استحکام ناکافی باعث تغییر شکل در حین حرکت می شود و بر دقت وضعیت تأثیر می گذارد. وزن بیش از حد بار موتور را افزایش می دهد و عملکرد پاسخ دینامیکی را کاهش می دهد. آلیاژ آلومینیوم با استحکام بالا معمولاً به عنوان ماده قاب استفاده می شود. تجزیه و تحلیل المان محدود برای بهینه سازی ساختار قاب استفاده می شود و دنده های تقویت کننده به مناطق کلیدی اضافه می شوند تا استحکام ساختاری را بهبود بخشند و در عین حال وزن را کاهش دهند.

2. مونتاژ سیستم شفت: این جزء اصلی است که حرکت زاویه ای با دقت بالا

نرخمیز را تضمین می کند و مستقیماً دقت و پایداری چرخشی سیستم شفت را تعیین می کند. مونتاژ سیستم شفت عمدتاً از دوک، یاتاقان، محفظه یاتاقان و مکانیسم های قفل تشکیل شده است. برای بهبود دقت چرخشی، معمولاً از یاتاقان های غلتشی با دقت بالا (مانند یاتاقان های توپی تماس زاویه ای و یاتاقان های غلتکی مخروطی) یا یاتاقان های هیدرواستاتیک (یاتاقان های هیدرواستاتیک گازی و یاتاقان های هیدرواستاتیک مایع) استفاده می شود. یاتاقان های غلتشی دارای مزایای ساختار ساده، هزینه کم و پاسخ سریع هستند که آنها را براینرخنرخ3. 

مکانیسم انتقال

نرخنرخمیز است، دقت انتقال آن مستقیماً بر دقت کنترل حرکتنرخ

میز نصب می شوند تا دمای کارنرخمیز متصل می کند و پیوندهای انتقال میانی را حذف می کند. این مزایای دقت انتقال بالا، پاسخ سریع و عدم لقی انتقال را دارد که آن را به روش انتقال ترجیحی براینرخمیزهای با دقت بالا تبدیل می کند. درایو غیر مستقیم حرکت را از طریق اجزای انتقال مانند چرخ دنده ها، تسمه های همزمان و پیچ های سرب منتقل می کند. برای سناریوهایی با بارهای سنگین مناسب است، اما برای کنترل لقی انتقال و کاهش خطاهای انتقال به ماشینکاری و مونتاژ دقیق نیاز دارد.ساختار پشتیبانی و دستگاه های محافظ: ساختار پشتیبانی، از جمله پایه و براکت ها، برای ثابت کردن اجزای مختلفنرخ

میز استفاده می شود. همزمان، رابط های سیگنال و قدرت لازم باید رزرو شوند تا اتصال بین قطعه تست و سیستم های تست خارجی تسهیل شود و طراحی رابط باید از تأثیر بر محدوده حرکت و دقتنرخمیز جلوگیری شود. چدن یا گرانیت معمولاً به عنوان ماده پایه استفاده می شود. گرانیت دارای مقاومت در برابر ضربه و پایداری خوبی است و به طور موثر ارتعاشات را جذب می کند و دقت استاتیکمیز را بهبود می بخشد. دستگاه های محافظ عمدتاً برای محافظت از اجزای داخلیمیز استفاده می شوند و از ورود گرد و غبار، رطوبت و غیره به سیستم شفت و مکانیسم انتقال جلوگیری می کنند و در عین حال از حوادث ایمنی در حین آزمایش جلوگیری می کنند. اینها معمولاً شامل پوشش های آب بندی و ایمنیs(II) نکات کلیدی طراحی ساختاری

طراحی تعامد دو محور: خطای تعامد بین دو محور یک خطای هندسی کلیدی است که بر دقت اتصال دو محور تأثیر می گذارد و باید از طریق طراحی و مونتاژ دقیق تضمین شود. در طول فاز طراحی ساختاری، موقعیت نصب اجزای سیستم شفت از طریق مدل سازی سه بعدی بهینه می شود تا اطمینان حاصل شود که خطوط مرکزی دو محور کاملاً متعامد هستند. در طول فرآیند مونتاژ، از یک تداخل سنج لیزری برای اندازه گیری در زمان واقعی استفاده می شود و خطای تعامد با تنظیم دقت نصب محفظه یاتاقان در عرض چند ثانیه کنترل می شود.طراحی سبک وزن و تعادل دینامیکینرخنرخنرخ میز در یک محدوده حداقل است و پایداری را در حین چرخش با سرعت بالا تضمین می کند.3. طراحی سرکوب تداخل

: تداخل مکانیکی از خود

نرخمیز (مانند اصطکاک یاتاقان و فاصله انتقال) و تداخل خارجی (مانند ارتعاش و تغییرات دما) می تواند به شدت بر دقت آزمایش تأثیر بگذارد و باید از طریق طراحی ساختاری سرکوب شود. ابتدا، یک طراحی جداسازی ارتعاش اتخاذ می شود و پدهای یا پلتفرم های جداسازی ارتعاش بین پایه و زمین قرار می گیرند تا ارتعاشات خارجی را جذب کنند. دوم، یک طراحی کنترل دما اتخاذ می شود و دستگاه های گرمایش/سرمایش و سنسورهای دما در داخلنرخ

میز نصب می شوند تا دمای کارنرخمیز را در زمان واقعی کنترل کنند و تأثیر تغییرات دما بر دقت شفت و خواص مواد را کاهش دهند. سوم، طراحی سیم کشی و مجرا بهینه شده است تا از کشش و اصطکاک بین کابل ها و مجراها در حین حرکتمیز جلوگیری شود و گشتاور تداخل کاهش یابد.نصب قطعه تست و طراحی رابطنرخ

میز استفاده می شود. همزمان، رابط های سیگنال و قدرت لازم باید رزرو شوند تا اتصال بین قطعه تست و سیستم های تست خارجی تسهیل شود و طراحی رابط باید از تأثیر بر محدوده حرکت و دقتنرخمیز جلوگیری کند.اصل کنترل حرکت و طراحی ساختاری یک تست اینرسی دو محورهمیز یک کل ارگانیک را تشکیل می دهد. الزامات دقت بالای کنترل حرکت به استحکام بالا و تداخل کم طراحی ساختاری بستگی دارد، در حالی که بهینه سازی طراحی ساختاری یک پایه محکم برای اجرای الگوریتم های کنترل حرکت فراهم می کند. با توسعه فناوری ناوبری اینرسی به سمت دقت و مینیاتوری سازی بالاتر، الزامات عملکرد برای تست اینرسی دو محورهمیزها نیز به طور مداوم در حال افزایش است. در آینده، ادغام بیشتر الگوریتم های کنترل پیشرفته (مانند کنترل هوشمند و کنترل قوی) با فناوری های طراحی ساختاری با دقت بالا (مانند تولید افزایشی و مونتاژ دقیق) برای بهبود مستمر دقت تست، عملکرد پاسخ دینامیکی و قابلیت اطمینانمیز، پشتیبانی قوی از توسعه فناوری اینرسی را فراهم می کند.