La Mesa giratoria de prueba inercial de dos ejes es el equipo central para la prueba de rendimiento del sistema de navegación inercial y el sistema de control de actitud. al simular el movimiento angular del portador en el espacio bidimensional, proporciona referencias precisas de actitud y excitación de movimiento para dispositivos inerciales (como giroscopios, acelerómetros) y sistemas inerciales. El rendimiento técnico de la Mesa giratoria determina directamente la precisión y fiabilidad de las pruebas inerciales, y su núcleo depende del principio de control de movimiento de alta precisión y el diseño estructural de alta rigidez y baja interferencia. Este artículo explicará en detalle la lógica central del control de movimiento, las tecnologías clave y la composición central del diseño estructural, y los puntos clave del diseño, revelando el mecanismo interno de la simulación de movimiento angular de alta precisión.

I. principios de control de movimiento de la Mesa giratoria de prueba inercial de dos ejes

El objetivo central del control de movimiento de la Mesa giratoria de prueba inercial de dos ejes es lograr el movimiento angular independiente o vinculado de dos ejes ortonormales (generalmente el eje azimut y el eje de inclinación), y satisfacer las necesidades de simulación de actitud en diferentes escenarios de prueba, como rotación de velocidad constante, posicionamiento de posición angular, balanceo sinusoidal, etc. Su principio de control se basa en el control de circuito cerrado de "generación de instrucciones - retroalimentación de señales - corrección de errores", que integra tecnologías clave como soluciones cinemáticas, servomotores y pruebas de alta precisión para garantizar la precisión y el rendimiento de respuesta dinámica del movimiento del ángulo de salida.

(1) lógica de control central: arquitectura de control de circuito cerrado

测控系统是转台的重要组成部分，其主要功能可归结为：实现系统的伺服控制策略、完成系统的技术性能和功能、保证系统正常安全可靠地工作。

1. principio: el control de la Mesa giratoria se basa en la teoría del control de errores, es decir, la diferencia entre el valor de instrucción y el valor de retroalimentación es un error, y el objetivo ideal del control es hacer que el error sea cero. El error genera un valor de voltaje después de las operaciones del algoritmo eip, el algoritmo de corrección de avance y el algoritmo de compensación de fricción, y luego emite el valor de voltaje a través de la tarjeta D / a universal industrial como entrada del conductor del motor, que realiza el control del motor de acuerdo con el motor de accionamiento de voltaje dado. El motor gira el marco de la Mesa giratoria, el ángulo de rotación se recoge a través del codificador de ángulo, se retroalimenta al programa de control a través del módulo de medición de ángulo y la tarjeta de adquisición de datos, es decir, el valor de retroalimentación, y luego se compara con el valor de instrucción, de modo que el control del ciclo Se controla hasta que el error es cero.

El sistema adopta un modo de control de estructura subordinada compuesto por un anillo de corriente analógico y un circuito de control de anillo de posición digital. La entrada del motor se controla a través de la tarjeta de conversión D / a, y el motor conduce el motor para lograr el control del motor. Los dos ejes retroalimentan la señal de posición del eje giratorio a través del codificador de ángulo al programa de control a través del módulo de medición de ángulo y la tarjeta de adquisición de datos, y el sistema de control utiliza el algoritmo de control EIP y el algoritmo de control robustez avanzado para controlar la Mesa giratoria, formando así el anillo de Posición del sistema. El anillo de posición es el anillo de retroalimentación principal del sistema, que se utiliza para garantizar la precisión de control y los requisitos dinámicos del sistema. El anillo actual del sistema se realiza a través del Interior del conductor, y el anillo actual constituye una retroalimentación negativa de la corriente de la armadura para reducir el impacto de las fluctuaciones de tensión de la fuente de alimentación, mejorar la linealización del momento de control y evitar el exceso de corriente del Circuito de conversión de potencia y el motor.

2. Software de control: el software de control de la Mesa giratoria se divide en la parte superior (nivel de gestión integral) y la parte inferior (nivel de control directo). la parte superior e inferior se comunican a través de la memoria compartida y se implementan en una computadora. la parte superior forma el nivel de monitoreo centralizado y gestión integral de la Mesa giratoria bidimensional. principalmente realiza la gestión integral en línea de los procesos no en tiempo real del sistema, la detección de rendimiento, la configuración de protección de Seguridad y las funciones de monitoreo. La capa inferior del software es el nivel de control directo del sistema de control de mesa giratoria bidimensional para formar cada circuito de control servoing independiente.

El sistema de monitoreo (cms, sistema central de monitoreo) es un dispositivo de hardware especial del sistema de control, que se comunica directamente con el software de control a través de la interfaz para realizar el control del Estado de trabajo, la detección de datos y la gestión de alarmas de monitoreo de varios canales del sistema de servos. El sistema de monitoreo tiene funciones de protección de Seguridad y control lógico de todo el equipo.

3. Esquema de servocontrol: el sistema de control tiene dos canales de servocontrol digital independientes entre sí, y el sistema adopta un sistema de servocontrol digital de accionamiento controlado por microcomputadoras - marco de accionamiento directo del motor de par. El circuito digital de retroalimentación de posición angular está compuesto por elementos de retroalimentación de alta precisión y dispositivos de conversión digital, que pueden cumplir con los requisitos de precisión y rendimiento del sistema. El uso de la máquina de control industrial como computadora de control principal del sistema servo puede garantizar la realización del rendimiento del sistema, pero también puede realizar bien la estrategia de control del sistema, para que el rendimiento del sistema esté plenamente garantizado.

Todo el controlador consta de cuatro componentes: el controlador clásico eip, el controlador de alimentación de diferencia cero basado en la precompensación cero, el compensación de fricción adaptativa y el controlador sólido basado en el observador de interferencia.

El anillo de posición adopta una estructura de control compuesta, es decir, una combinación de control de avance y control de retroalimentación, cuya ventaja es que el rendimiento de seguimiento del sistema se puede considerar por separado de la estabilidad del sistema. El control de avance se utiliza para mejorar el rendimiento de seguimiento del sistema, no afecta la estabilidad del sistema, mientras que el control de circuito cerrado se utiliza para garantizar la estabilidad del sistema, la interferencia externa y la robustez de los cambios de parámetros.

En el control de circuito cerrado de posición, se adopta un método de control sólido basado en observadores de interferencia, y la parte del observador de interferencia se utiliza para inhibir la perturbación del momento y linealizar el sistema. La idea básica es equiparar la diferencia entre el objeto real y la salida del modelo nominal causada por la interferencia del momento externo y los cambios en los parámetros del modelo al terminal de entrada de control, es decir, observar y medir la interferencia equivalente, e introducir una compensación equivalente en el control para lograr la supresión de la interferencia y mejorar la robustez del sistema de control. El diseño del circuito cerrado de posición considera principalmente la estabilidad del sistema y el error estático de posición, y toma medidas efectivas de filtrado lógico para la retroalimentación de posición para eliminar el impacto del Código de error y el Código de error. El controlador de circuito cerrado de posición adopta un control compuesto para garantizar que el sistema de circuito cerrado funcione sin problemas y no haya exceso de respuesta. sus parámetros se pueden ajustar adaptativamente para adaptarse a diferentes cargas y mejorar la robustez del sistema de control a los cambios de parámetros.

(2) tecnología clave: detección de alta precisión y compensación de errores

La precisión del control de circuito cerrado depende de la detección de retroalimentación de alta precisión y la compensación efectiva de errores, que es el soporte técnico central del control de movimiento de la Mesa giratoria de dos ejes:

1. Detección de posición angular / velocidad angular de alta precisión: el Estado de movimiento del marco de la Mesa giratoria se recoge en tiempo real con elementos de detección de alta precisión para proporcionar una base confiable para la corrección de errores. Los componentes de detección comunes incluyen codificadores fotoeléctricos, transformadores rotativos, sincronizadores de inducción circular, etc. Entre ellos, el sincronizador de inducción circular tiene las características de alta precisión, alta estabilidad y fuerte capacidad anti - interferencia, y es ampliamente utilizado en Mesas giratorias de alta precisión; Los codificadores fotoeléctricos tienen las ventajas de una respuesta rápida y una alta resolución, y son adecuados para escenarios con altos requisitos de rendimiento dinámico. Para mejorar aún más la precisión de la detección, generalmente se utiliza la tecnología de Subdivisión de múltiples cabezales de lectura, a través de la superposición de señales y el procesamiento de Subdivisión de múltiples cabezales de lectura, para reducir la influencia del error de grabado y el error de instalación de los elementos de detección.

2. Tecnología de compensación de errores: para los errores del sistema y los errores aleatorios existentes en el proceso de movimiento de la Mesa giratoria, la compensación a través de la combinación de software y hardware es la clave para mejorar la precisión del control. Los errores del sistema incluyen principalmente errores de transmisión mecánica, errores geométricos del marco (como errores de ortodoncia de dos ejes, latidos circulares radiales y latidos circulares finales del sistema de eje), errores de zona muerta del motor, etc. Los errores aleatorios incluyen principalmente perturbaciones de carga, deriva de temperatura, vibraciones externas, etc. La estrategia de compensación incluye: primero, calibrar y compensar fuera de línea, calibrar el error del sistema a través de equipos de medición de alta precisión como interferómetros láser, establecer un modelo de error y llamar al modelo en tiempo real durante el proceso de control para compensar el error; El segundo es la compensación adaptativa en línea, que identifica errores aleatorios como perturbaciones de carga y deriva de temperatura en tiempo real a través de algoritmos de control adaptativo, ajusta dinámicamente los parámetros de control y mejora la capacidad anti - interferencia del sistema.

2. diseño estructural de la Mesa giratoria de prueba inercial de dos ejes

El diseño estructural de la Mesa giratoria de prueba inercial de dos ejes debe cumplir con los requisitos centrales de "alta precisión, alta rigidez, baja interferencia y peso ligero", no sólo para garantizar que la estructura mecánica pueda transmitir Movimiento con precisión, sino también para reducir el impacto de su propia interferencia en la precisión de la prueba. Su núcleo estructural está compuesto por el marco de la Mesa giratoria, el componente del eje, el mecanismo de transmisión, la estructura de soporte y el dispositivo de protección. el diseño de cada Parte determina directamente el rendimiento mecánico y la precisión de prueba de la Mesa giratoria.

I) composición de la estructura central

1. Marco de mesa giratoria: como componente central que lleva la pieza de prueba y realiza el Movimiento angular, se divide en un marco interior (marco del eje de inclinación) y un marco exterior (marco del eje azimut), y los dos marcos están conectados verticalmente a través del componente del eje. El diseño del marco debe tener en cuenta la rigidez y el peso ligero: la rigidez insuficiente puede causar deformación durante el Movimiento y afectar la precisión de la postura; El exceso de peso aumentará la carga del motor y reducirá el rendimiento de respuesta dinámica. Por lo general, se utiliza aleación de aluminio de alta resistencia como material de marco, se optimiza la estructura del marco a través del análisis de elementos limitados, se establecen refuerzos en partes clave, se mejora la rigidez estructural y se reduce el peso.

2. Componentes del eje: es el componente central para garantizar el movimiento angular de alta precisión de la Mesa giratoria, que determina directamente la precisión y estabilidad de la rotación del sistema de eje. El componente del eje se compone principalmente de eje principal, rodamiento, asiento de rodamiento y mecanismo de bloqueo. Para mejorar la precisión de la rotación, generalmente se utilizan rodamientos de alta precisión (como rodamientos de bolas de contacto angular, rodamientos de rodillos cónicos) o rodamientos de presión estática (rodamientos aerostáticos, rodamientos de presión estática líquida): los rodamientos de rodadura tienen las ventajas de una estructura simple, bajo costo y respuesta rápida, y son adecuados para Mesas giratorias de media y alta precisión; Los rodamientos aerostáticos apoyan el eje principal a través de la formación de película de aceite / película de gas a través de gas o líquido de alta presión, que tiene las características de no fricción, pequeño desgaste y alta precisión de rotación, y es adecuado para Mesas giratorias de alta precisión. Durante el montaje del eje, es necesario controlar estrictamente la fuerza de precarga del rodamiento, reducir el salto circular radial y el salto circular final del eje principal, y reducir el impacto del cambio de temperatura en la precisión del eje a través del diseño de compensación de temperatura.

3. Mecanismo de transmisión: responsable de transmitir el movimiento del motor al marco de la Mesa giratoria, cuya precisión de transmisión afecta directamente la precisión del control de movimiento de la Mesa giratoria. Los métodos de transmisión comunes incluyen la conducción directa y la conducción indirecta: la conducción directa (conducción dd) es la conexión directa del rotor del motor con el marco de la Mesa giratoria, eliminando el enlace de transmisión intermedia, con las ventajas de alta precisión de transmisión, respuesta rápida y sin brecha de transmisión, es el método de transmisión preferido para la Mesa giratoria de alta precisión; La conducción indirecta, por su parte, transmite el movimiento a través de elementos de transmisión como engranajes, cintas síncronas y tornillos, adecuados para escenarios con grandes cargas, pero es necesario controlar la brecha de transmisión a través del mecanizado y montaje de precisión para reducir el error de transmisión.

4. Estructura de soporte y dispositivos de protección: la estructura de soporte incluye una base y un soporte para fijar los componentes de la Mesa giratoria, que deben tener suficiente rigidez y estabilidad para evitar el impacto de las vibraciones externas en el Movimiento de la Mesa giratoria. Por lo general, el hierro fundido o el granito se utilizan como material de base. el granito tiene una buena resistencia sísmica y estabilidad, puede absorber eficazmente las vibraciones y mejorar la precisión estática de la Mesa giratoria. El dispositivo de protección se utiliza principalmente para proteger los componentes internos de la Mesa giratoria, evitar que el polvo, el vapor de agua, etc. entren en el eje y el mecanismo de transmisión, evitando al mismo tiempo accidentes de Seguridad durante la prueba, generalmente utilizando componentes de protección como escudos de sellado y rejillas de Seguridad.

(2) puntos clave en el diseño estructural

1. Diseño de ortodoncia de dos ejes: el error de Cuadratura de los dos ejes es el error geométrico clave que afecta la precisión de la vinculación de los dos ejes, que debe garantizarse a través del diseño y montaje de precisión. En la etapa de diseño estructural, la posición de instalación de los componentes del eje se optimiza a través del modelado tridimensional para garantizar que la línea central de los dos ejes sea estrictamente perpendicular; Durante el montaje, se utiliza un interferómetro láser para la medición en tiempo real, ajustando la precisión de instalación del asiento del rodamiento, el error de ortodoncia se controla en unos segundos.

2. Diseño de equilibrio ligero y dinámico: la distribución desigual del peso entre el marco de la Mesa giratoria y la carga puede causar fuerza centrífuga durante el movimiento, causar vibraciones y afectar la precisión dinámica. Por lo tanto, es necesario diseñar ligeramente el marco de la Mesa giratoria y, al mismo tiempo, eliminar la masa excéntrica a través de pruebas y correcciones de equilibrio dinámico. La corrección del equilibrio dinámico generalmente utiliza el método de ponderación o eliminación de peso para controlar el desequilibrio de la Mesa giratoria en un rango mínimo para garantizar la estabilidad de la Mesa giratoria a alta velocidad.

3. Diseño de supresión de interferencia: la interferencia mecánica de la propia Mesa giratoria (como la fricción del rodamiento, la brecha de transmisión) y la interferencia externa (como la vibración y el cambio de temperatura) afectarán seriamente la precisión de la prueba y deben suprimirse a través del diseño estructural. El primero es adoptar el diseño de aislamiento de vibraciones, estableciendo almohadillas de aislamiento de vibraciones o plataformas de aislamiento de vibraciones entre la base y el suelo para absorber la vibración externa; El segundo es adoptar el diseño de control de temperatura, instalar dispositivos de calefacción / refrigeración y sensores de temperatura en el interior de la Mesa giratoria, controlar la temperatura de trabajo de la Mesa giratoria en tiempo real y reducir el impacto de los cambios de temperatura en la precisión del eje y el rendimiento del material; El tercero es optimizar el diseño del cableado y la tubería, evitar la tracción y fricción entre el cable y la tubería durante el Movimiento de la Mesa giratoria y reducir el momento de interferencia.

4. Instalación de piezas de prueba y diseño de interfaz: la precisión de instalación de la pieza de prueba afecta directamente la fiabilidad de los resultados de la prueba, y es necesario diseñar una interfaz de instalación de alta precisión y una referencia de posicionamiento. Por lo general, se utilizan métodos de posicionamiento como pin de posicionamiento y brida final para garantizar que el Centro de instalación de la pieza de prueba coincida con el Centro de rotación de la Mesa giratoria; Al mismo tiempo, se reserva la interfaz de señal necesaria y la interfaz de alimentación para facilitar la conexión de la pieza de prueba con el sistema de prueba externo, y el diseño de la interfaz debe evitar afectar el rango de movimiento y la precisión de la Mesa giratoria.

III. observaciones finales

El principio de control de movimiento y el diseño estructural de la Mesa giratoria de prueba inercial de dos ejes son un todo orgánico. las necesidades de alta precisión del control de movimiento dependen de la Alta rigidez y la baja interferencia del diseño estructural, y la optimización del diseño estructural proporciona una buena base para la implementación del algoritmo de control de movimiento. Con el desarrollo de la tecnología de navegación inercial hacia la alta precisión y la miniaturización, los requisitos de rendimiento de las Mesas giratorias de prueba inercial de dos ejes también han mejorado continuamente. en el futuro, es necesario integrar aún más algoritmos de control avanzados (como control inteligente, control robusto) y tecnologías de diseño estructural de alta precisión (como fabricación aditiva y montaje de precisión), mejorar constantemente la precisión de prueba, el rendimiento de respuesta dinámica y la fiabilidad de las Mesas giratorias y proporcionar un fuerte apoyo para el desarrollo de la tecnología inercial.