يعد القرص الدوار بالقصور الذاتي ثلاثي المحاور جهازًا رئيسيًا للبحث والتطوير والاختبار والمعايرة للأجهزة الأساسية مثل أنظمة الملاحة بالقصور الذاتي (INS) والجيروسكوبات ووحدات القياس بالقصور الذاتي (IMUs). يحدد أدائها بشكل مباشر دقة الاختبار وموثوقية الأجهزة بالقصور الذاتي ، ويستخدم على نطاق واسع في المجالات المتطورة مثل الطيران والمعدات العسكرية والتصنيع الدقيق. من بين العديد من معلمات الأداء الخاصة بالقرص الدوار بالقصور الذاتي ثلاثي المحاور والمعدل الزاوي والتسارع ونطاق زاوية التأرجح المؤشرات الأساسية الثلاثة ، والتي تتطابق بشكل مباشر مع خصائص العمل ومتطلبات الاختبار للجهاز الذي تم اختباره. عند اختيار النماذج ، من الضروري التخلي عن سوء فهم "كلما كانت المعلمة أعلى ، كان ذلك أفضل" ، ومطابقة المواصفات وسيناريوهات الاختبار ومعايير الصناعة للجزء الذي تم اختباره علميًا. ستبدأ هذه الورقة من التعريف الأساسي ومنطق الاختيار والعوامل المؤثرة واقتراحات التشغيل العملي للمعلمات الثلاثة ، وتوفر إرشادات اختيار مهنية وعملية لممارسي الصناعة للتخلص من الهيدرولوجيا الزائدة عن الحاجة والتركيز على نقاط الاختيار الأساسية.

أولاً ، فرضية الاختيار: توضيح المتطلبات الأساسية，مرساة معايير الاختيار

المنطق الأساسي للاختيار هو "مطابقة المتطلبات" ، وليس تكديس المعلمات. قبل مناقشة المعلمات الأساسية الثلاثة ، يجب توضيح شرطين أساسيين لتجنب انحراف الاختيار: الأول هو توضيح المعلمات الفنية الأساسية للقطعة المختبرة ، بما في ذلك نطاق المعدل الزاوي ، ونطاق التسارع ، ونطاق موقف العمل للجيروسكوب / IMU قيد الاختبار ، وما إلى ذلك ، وهو الأساس الأساسي للاختيار ؛ والثاني هو توضيح مشهد الاختبار ، والتمييز بين المعايرة الثابتة ، والمحاكاة الديناميكية ، واختبار الأداء المحدود والسيناريوهات الأخرى. على سبيل المثال ، تتطلب المحاكاة شبه الفيزيائية في مجال الطيران أداءً ديناميكيًا أعلى ، بينما تركز معايرة IMU الصناعية العادية على الدقة والاستقرار. في الوقت نفسه ، يجب اتباع معايير الصناعة ذات الصلة ، مثل المعايير العسكرية GJB 2884-97 "المواصفات العامة للقرص الدوار لمحاكاة زاوية ثلاثية المحاور" ، وما إلى ذلك ، للتأكد من أن الاختيار يلبي متطلبات الامتثال للاختبار.

ثانيًا.معدل الزاوي: تطابق الاستجابة الديناميكية للجزء الذي تم اختباره，دقة التوازن والمدى

(1) الأساسية تعريف واختيار الأساسية

يشير المعدل الزاوي إلى زاوية دوران كل محور من القرص الدوار لكل وحدة زمنية ، بالدرجات / الثواني ، والتي تنقسم إلى ثلاثة مؤشرات رئيسية: نطاق المعدل ، ودقة المعدل ، ونعومة المعدل. مبدأ الاختيار الأساسي هو "تغطية الحد الأقصى لمتطلبات معدل الزاوي للجزء الذي تم اختباره ، مع مراعاة دقة الاختبار وتكلفة المعدات". عادة ما تكون هناك اختلافات في المعدلات الزاوية للإطارات الداخلية والمتوسطة والخارجية للقرص الدوار ثلاثي المحاور. نطاق سرعة الإطار الداخلي هو الأكبر بشكل عام ، والإطار الخارجي هو الأصغر. يجب مطابقته وفقًا لموضع تثبيت الجزء الذي تم اختباره ومتطلبات الاختبار.

(2) نقاط الاختيار الرئيسية

1. اختيار المدى: من الضروري تلبية "الحد الأقصى لمعدل الزاوي للقطعة المختبرة × عامل الأمان (1.2 ~ 1.5)" ، والذي لا يتجنب فقط الفشل في إكمال اختبار الحد بسبب النطاق غير الكافي ، ولكنه يمنع أيضًا إهدار المؤشر وزيادة التكلفة بسبب النطاق المفرط. على سبيل المثال ، الحد الأقصى لمعدل الزاوية للجيروسكوب MEMS تحت الاختبار هو ± 200 درجة / ثانية ، ويجب تحديد نطاق المعدل الزاوي للعمود المقابل للقرص الدوار من ± 240 درجة / ثانية إلى ± 300 درجة / ثانية ؛ إذا تم استخدامه لاختبار الملاحة بالقصور الذاتي للطائرة بدون طيار ، يمكن أن يصل الحد الأقصى لمعدل الزاوية للقطعة المختبرة إلى 800 درجة / ثانية ، ويجب اختيار القرص الدوار بمدى لا يقل عن ± 1000 درجة / ثانية (عامل الأمان 1.25). في التطبيقات العملية ، يكون نطاق سرعة القرص الدوار ثلاثي المحاور عالي الدقة عادة 0.001 درجة / ثانية إلى 400 درجة / ثانية للإطار الداخلي ، و 0.001 درجة / ثانية إلى 300 درجة / ثانية للإطار الأوسط ، و 0.001 درجة / ثانية إلى 200 درجة / ثانية للإطار الخارجي ، والتي يمكن أن تغطي احتياجات الاختبار لمعظم المجالات الفضائية والصناعية.

2. الدقة والنعومة: تؤثر دقة المعدل بشكل مباشر على دقة المعايرة للجزء الذي تم اختباره. عادة ما يتم التعبير عنها بالخطأ النسبي. تختلف متطلبات الدقة لفترات المعدل المختلفة. على سبيل المثال ، عندما ω ≤ 1 ° / s ، يجب أن تصل الدقة إلى 2 × 10-3 (طريقة 1 ° المتوسطة) ، وعندما ω ≥ 10 ° / s ، يجب أن تصل الدقة إلى 2 × 10 ° (طريقة 360 ° المتوسطة). تحدد نعومة المعدل استقرار الإشارة أثناء الاختبار الديناميكي ، والذي يحتاج إلى تعديله وفقًا لحساسية الجزء المقاس. على سبيل المثال ، يتطلب اختبار الدوران البصري عالي الدقة اختيار قرص دوار بسلاسة معدل ≤ 2 × 10 ° لتجنب تقلبات المعدل التي تؤدي إلى حدوث أخطاء في الاختبار.

3. اعتبارات السيناريو الخاصة: اختبارات السرعة المنخفضة (على سبيل المثال 0.001 درجة / ثانية ~ 0.1 درجة / ثانية) تحتاج إلى الانتباه إلى استقرار السرعة المنخفضة للقرص الدوار لتجنب "ظاهرة الزحف" ؛ تحتاج اختبارات السرعة العالية (على سبيل المثال ≥ 300 درجة / ثانية) إلى الانتباه إلى استقرار نظام محرك القرص الدوار وأداء تبديد الحرارة لمنع الاهتزاز وتوليد الحرارة وغيرها من المشاكل أثناء التشغيل عالي السرعة ، والتي تؤثر على دقة الاختبار. بالإضافة إلى ذلك ، يحتاج دقة المعدل الزاوي أيضًا إلى مطابقة احتياجات الجزء الذي تم اختباره. عادة ، لا تقل دقة سرعة القرص الدوار عن 1 / 10 من دقة المعدل الزاوي للقطعة المقاسة. على سبيل المثال ، تبلغ دقة المعدل الزاوي للقطعة المقاسة 0.001 درجة / ثانية ، ويجب أن تصل دقة سرعة القرص الدوار إلى أكثر من 0.0001 درجة / ثانية.

ثالثاً - التسارع: التكيف مع متطلبات المحاكاة الدينامية，موازنة سرعة الاستجابة وقدرة التحميل

(1) الأساسية تعريف واختيار الأساسية

يشير التسارع الزاوي إلى معدل تغير المعدل الزاوي لكل محور من محاور القرص الدوار ، والوحدة هي ° / s ² ، مما يعكس قدرة الاستجابة الديناميكية للقطعة الدوارة. مبدأ الاختيار الأساسي هو "مطابقة نطاق التسارع الزاوي للقطعة المختبرة ، مع مراعاة سعة التحميل وسرعة الاستجابة للقطعة الدوارة". يحدد التسارع الزاوي مباشرة ما إذا كان القرص الدوار يمكنه محاكاة المشهد المفاجئ للموقف للقطعة المختبرة في العمل الفعلي ، مثل إقلاع الطائرة ، الدوران ، الكبح في حالات الطوارئ ، إلخ. يرتبط أداؤها ارتباطًا وثيقًا بمحرك الأقراص وآلية النقل ونظام التحكم في القرص الدوار.

(2) نقاط الاختيار الرئيسية

1. اختيار المدى: تمشيا مع منطق اختيار نطاق المعدل الزاوي ، فإنه يحتاج إلى تلبية "أقصى تسارع زاوي للقطعة المختبرة × عامل الأمان (1.2 ~ 1.5)". تختلف متطلبات التسارع الزاوي للقطع المختبرة اختلافًا كبيرًا. على سبيل المثال ، الحد الأقصى للتسارع الزاوي لوحدات IMU الصناعية العادية هو ± 500 درجة / ثانية ² ، في حين أن أقصى تسارع زاوي للجيروسكوبات في مجال الفضاء يمكن أن يصل إلى ± 2000 درجة / ثانية ² أو أكثر. يحتاج القرص الدوار المقابل إلى اختيار نطاق تسارع زاوي ± 600 درجة / ثانية ² ~ ± 3000 درجة / ثانية ². في المنتجات الفعلية ، يكون الحد الأقصى للتسارع الزاوي للقرص الدوار ثلاثي المحاور عالي الدقة عادةً ± 2500 درجة / ثانية ² في الإطار الداخلي ، ± 2000 درجة / ثانية ² في الإطار الأوسط ، و ± 1500 درجة / ثانية ² في الإطار الخارجي الإطار ، والتي يمكن تكييفها مع متطلبات الاختبار الديناميكي لأجهزة الملاحة بالقصور الذاتي الراقية.

2. سرعة الاستجابة والخطية: تحدد سرعة الاستجابة للتسارع الزاوي ما إذا كان القرص الدوار يمكنه محاكاة التغيير المفاجئ للموقف بسرعة. يحتاج إلى مطابقة وقت الاستجابة الديناميكي للجزء الذي تم اختباره. كلما كان وقت الاستجابة أقصر ، كان أكثر ملاءمة لاختبار المحاكاة الديناميكية عالية السرعة. في الوقت نفسه ، يحتاج خطي التسارع الزاوي إلى تلبية متطلبات الاختبار ، وعادة ما يتطلب خطي ≤ ± 0.1 ٪ FS لتجنب الأخطاء غير الخطية التي تؤثر على دقة بيانات الاختبار. بالإضافة إلى ذلك ، ينبغي إيلاء الاهتمام لسلاسة التسارع والتباطؤ في القرص الدوار لمنع التأثيرات أثناء التسارع والتباطؤ ، أو تلف الجزء الذي تم اختباره أو إدخال أخطاء الاختبار.

3. تأثير التحميل والهيكل: سيتأثر أداء التسارع الزاوي للقرص الدوار بوزن الحمل وحجم الحمل. كلما زاد الحمل ، انخفض الحد الأعلى للتسارع الزاوي. لذلك ، عند اختيار النوع ، من الضروري الجمع بين الوزن وحجم التثبيت للجزء الذي تم اختباره لضمان أن القرص الدوار لا يزال بإمكانه الوصول إلى نطاق التسارع الزاوي المطلوب تحت الحمل المقدر. على سبيل المثال ، إذا كان وزن الجزء الذي تم اختباره (بما في ذلك الأدوات) هو 45Kg ، فمن الضروري اختيار قرص دوار بحمل مقنن لا يقل عن 45Kg ولا يزال بإمكانه تحقيق التسارع الزاوي المستهدف تحت هذا الحمل. في الوقت نفسه ، ينبغي النظر في تقاطع ثلاثة محاور للقرص الدوار (عادة داخل الكرة R0.5mm) وعمودي نظام العمود لتجنب انحراف تثبيت الحمل الذي يؤثر على أداء التسارع الزاوي.

IV. نطاق زاوية التأرجح: يغطي موقف العمل للجزء الذي تم اختباره，التكيف مع سيناريوهات التثبيت والاختبار

(1) الأساسية تعريف واختيار الأساسية

يشير نطاق زاوية التأرجح (نطاق زاوية الدوران) إلى أقصى نطاق زاوية يمكن لكل محور من القرص الدوار تدويره ، والذي ينقسم إلى شكلين: الدوران المستمر والزاوية المحدودة. مبدأ الاختيار الأساسي هو "تغطية كل موقف العمل للجزء الذي تم اختباره ، مع مراعاة مساحة التثبيت واختبار الراحة". تحتوي المحاور الثلاثة للقرص الدوار ثلاثي المحاور (عادةً المحور المتداول ومحور الملعب ومحور العنوان) على نطاقات زاوية تأرجح مختلفة ، والتي يجب اختيارها وفقًا لمتطلبات الموقف للجزء الذي تم اختباره. في الوقت نفسه ، يجب مراعاة مشكلة التداخل في نظام العمود لتجنب تعارضات حد الموقف أثناء الربط متعدد المحاور.

(2) نقاط الاختيار الرئيسية

1. اختيار المدى: من الضروري تغطية نطاق موقف العمل الفعلي للقطعة المختبرة بالكامل لتجنب البقع العمياء للموقف. على سبيل المثال ، نطاق زاوية الملعب لنظام الملاحة بالقصور الذاتي بدون طيار هو ± 90 درجة ، ونطاق زاوية العنوان هو ± 180 درجة ، ونطاق زاوية التدحرج هو ± 360 درجة. يحتاج القرص الدوار المقابل إلى تحديد نطاق زاوية التأرجح لمحور الملعب ± 90 درجة ، ومحور العنوان ± 180 درجة ، ودوران مستمر لعمود الدوران 360 درجة ؛ إذا تم استخدامه للمعايرة الثابتة ، يمكن تقليل نطاق زاوية التأرجح بشكل مناسب وفقًا لمتطلبات المعايرة ، مما يقلل من تكاليف المعدات. في التطبيقات العملية ، تدعم بعض الأقراص الدوارة ثلاثية المحاور دورانًا مستمرًا لانهائيًا ثلاثي المحاور ، والذي يمكن تكييفه مع السيناريوهات التي تتطلب محاكاة موقف كاملة ، مثل اختبارات المحاكاة شبه الفيزيائية للطائرات.

2. تدخل العمود ومساحة التثبيت: عند اختيار النوع ، من الضروري الانتباه إلى الشكل الهيكلي للقرص الدوار (مثل هيكل UOO الرأسي) لتجنب التداخل الزاوي أثناء الربط متعدد المحاور ، مما يؤدي إلى عدم القدرة على تحقيق الموقف المستهدف. في الوقت نفسه ، من الضروري الجمع بين حجم التثبيت للقطعة المختبرة للتأكد من أن مساحة تركيب القرص الدوار كافية. على سبيل المثال ، حجم القطعة المقاسة هو 400 مم × 400 مم × 400 مم. من الضروري اختيار قرص دوار بمساحة تثبيت تحميل لا تقل عن هذا الحجم لتجنب الحد من نطاق زاوية التأرجح بعد التثبيت. بالإضافة إلى ذلك ، تحتاج دقة زاوية التأرجح أيضًا إلى مطابقة متطلبات الاختبار. عادة ، يجب أن تكون دقة زاوية التأرجح ≤ ± 0.001 ° ، ودقة التكرار هي ≤ ± 0.0005 ° لضمان تحديد المواقع بدقة.

3. تكييف المشهد الخاص: بالنسبة لسيناريوهات الاختبار التي تتطلب دورانًا مستمرًا طويل المدى (مثل اختبار الثبات طويل المدى للجيروسكوب) ، من الضروري اختيار قرص دوار يدعم الدوران المستمر بزاوية 360 درجة وله وظيفة قفل ذاتي لتجنب الموقف الانحراف أثناء الدوران ؛ بالنسبة لسيناريوهات المعايرة عالية الدقة ، من الضروري الانتباه إلى دقة دوران القرص الدوار (عادةً ± 0.001 ° ~ ± 0.002 °) لضمان دقة تحديد موضع زاوية التأرجح. في الوقت نفسه ، يمكن اختيار قرص دوار مزود بمشفر مطلق. بعد انقطاع التيار الكهربائي ، ليست هناك حاجة لإعادة التعيين إلى الصفر للمعايرة ، مما يحسن كفاءة الاختبار.

خمسة ، ثلاثة معايير الاختيار التعاوني: تجنب سوء الفهم，تحقيق المطابقة المثلى

لا يتم تحديد المعدل الزاوي والتسارع ونطاق زاوية التأرجح بشكل مستقل. يجب تنسيقها ومطابقتها ، ودمجها مع خصائص الجزء الذي تم اختباره ، وسيناريوهات الاختبار ، وميزانية التكلفة لتجنب أخطاء الاختيار الشائعة التالية:

1. الأسطورة 1: كلما زادت المعلمة ، كان ذلك أفضل. يمكن أن تؤدي المعلمات المفرطة إلى زيادة كبيرة في تكاليف المعدات وقد تؤدي إلى إهدار الأداء. على سبيل المثال ، لا يحتاج اختبار IMU الصناعي العام إلى اختيار قرص دوار مع تسارع زاوي ≥ 2000 درجة / ثانية ومعدل زاوية ≥ 400 درجة / ثانية. يمكن أن يلبي اختيار المعدات التي تتطابق مع معلمات القطعة المقاسة الطلب ، مع تقليل تكاليف الشراء والتشغيل والصيانة.

2. سوء الفهم 2: تجاهل الأداء التآزري للعمود. تركز بعض التحديدات فقط على معلمات المحور الواحد ، متجاهلة تآزر الأداء أثناء الربط متعدد المحاور ، مما يؤدي إلى مشاكل مثل تداخل الموقف وتدهور الدقة أثناء عملية الاختبار. على سبيل المثال ، يلبي المعدل الزاوي أحادي المحور وتسارع القرص الدوار المتطلبات ، ولكن عند استخدام الربط متعدد المحاور ، فإن المعدل الزاوي للإطار الخارجي يحد من تسارع الإطار الداخلي ، والذي لا يمكنه إكمال محاكاة الموقف المعقدة.

3. سوء الفهم 3: تجاهل المتطلبات البيئية والمعايير. في ظل بيئات اختبار خاصة مثل ارتفاع درجة الحرارة ودرجة الحرارة المنخفضة والفراغ ، ستتأثر المعلمات الثلاثة للقرص الدوار. عند اختيار نوع ، يجب اختيار قرص دوار خاص مناسب للبيئة. في الوقت نفسه ، من الضروري اتباع معايير الصناعة بدقة. على سبيل المثال ، يجب أن تتوافق الاختبارات العسكرية مع GJB 2884-97 و GJB 1801-93 وغيرها من المعايير لضمان الامتثال الفعال لبيانات الاختبار.

4. سوء الفهم 4: تجاهل تأثير التداخل المتقاطع. ستؤثر درجة التعامد ثلاثي المحاور للقرص الدوار (حساسية المحور المتقاطع) على دقة اختبار المعلمات الثلاثة. من الناحية المثالية ، يجب أن تكون المحاور الثلاثة متعامدة تمامًا. في الاختيار الفعلي ، يجب الانتباه إلى مؤشر حساسية المحور المتقاطع (عادة أقل من أو يساوي 1 ٪) لتجنب التداخل من حركة محور واحد إلى قياس المعلمة للمحاور الأخرى.

سادسا - موجز الاختيار واقتراحات التشغيل العملي

الاختيار الأساسي للقصور الذاتي ثلاثي المحاور هو "اتجاه الطلب ومطابقة المعلمات والتنسيق". يحتاج اختيار المعلمات الثلاثة للمعدل الزاوي والتسارع ونطاق زاوية التأرجح إلى التركيز على المؤشرات الأساسية للجزء الذي تم اختباره ومشهد الاختبار. اقتراحات التشغيل العملية المحددة هي كما يلي:

1. التحقيق الأولي: توضيح معدل الزاوي ، والتسارع ، ومجموعة موقف العمل للقطعة المختبرة ، وفرز مشهد الاختبار (ثابت / ديناميكي ، تقليدي / حد ، رابط أحادي المحور / متعدد المحاور) ، وتحديد عامل الأمان و متطلبات الدقة ، والتشاور مع معايير الصناعة ذات الصلة لتوضيح متطلبات الامتثال.

2. مطابقة المعلمات: وفقًا لمبدأ "الحد الأقصى لمعلمة القطعة المختبرة × 1.2 ~ 1.5" ، يتم تحديد نطاق المعلمات الثلاثة في البداية ، ثم يتم دمجها مع تفاصيل الدقة وسرعة الاستجابة وسعة التحميل ، إلخ. ، يتم فحص نماذج القرص الدوار التي تلبي المتطلبات. ركز على اختلافات المعلمات بين الإطارات الداخلية والمتوسطة والخارجية للتأكد من أنها تتطابق مع موضع التثبيت للقطعة المختبرة.

3. التحقق من الأداء: قبل اختيار النموذج ، تحتاج الشركة المصنعة إلى تقديم تقرير اختبار المعلمة للتحقق من دقة السرعة ، خطي التسارع الزاوي ، دقة زاوية التأرجح وغيرها من مؤشرات القرص الدوار ، وإجراء اختبارات في الموقع إذا لزم الأمر لضمان أن المعلمات تلبي المعايير. في الوقت نفسه ، تحقق من أداء نظام محرك القرص الدوار ، ونظام التحكم ، وحلقة الانزلاق الموصلة وغيرها من المكونات لضمان التشغيل المستقر على المدى الطويل.

4. التحكم في التكاليف: في ظل فرضية تلبية متطلبات الاختبار ، حدد أولويات المعدات ذات المعلمات المطابقة والأداء المستقر لتجنب إهدار التكلفة بسبب السعي الأعمى لمعلمات عالية ؛ في الوقت نفسه ، ضع في اعتبارك تكاليف التشغيل والصيانة وتكاليف المعايرة للمعدات ، واختر مصنعي ما بعد البيع المثاليين والمعايير الصناعية لضمان التشغيل الموثوق به للمعدات على المدى الطويل.

باختصار ، يعد اختيار القرص الدوار بالقصور الذاتي ثلاثي المحاور مشروعًا منهجيًا ، كما أن مطابقة المعدل الزاوي والتسارع ونطاق زاوية التأرجح يحدد بشكل مباشر كفاءة ودقة عمل الاختبار. فقط بناءً على احتياجات الجزء الذي تم اختباره ، وبعد معايير الصناعة ، ومع مراعاة الأداء والتكلفة ، يمكن اختيار أنسب المعدات لتوفير دعم موثوق لتطوير واختبار ومعايرة الأجهزة بالقصور الذاتي.