La tourelle inertielle à trois axes est un équipement clé pour la recherche, le test et la Calibration de systèmes de navigation inertielle (INS), de gyroscopes, d'unités de mesure inertielles (IMU) et d'autres dispositifs de base, dont les performances déterminent directement la précision et la fiabilité des tests des dispositifs inertiels, largement utilisés Dans l'aérospatiale, l'équipement militaire, la fabrication de précision et d'autres domaines haut de gamme. Parmi les nombreux paramètres de performance de la tourelle inertielle à trois axes, la vitesse angulaire, l'accélération et la plage d'angle de pendule sont les trois principaux indicateurs, qui correspondent directement aux caractéristiques de fonctionnement du dispositif testé et aux besoins de test, lors de la sélection du type, il est nécessaire d'éliminer l'erreur de "paramètres plus élevés, meilleurs", en combinaison avec les spécifications du test, le scénario de test, les normes de l'industrie pour la correspondance scientifique. Cet article partira de la définition de base des trois paramètres principaux, de la logique de sélection, des facteurs d'influence et des recommandations pratiques pour fournir aux praticiens de l'industrie un guide de sélection professionnel et accessible, éliminer l'hydrologie redondante et se concentrer sur les principaux points de sélection.

I. principe de sélection: clarifier les besoins fondamentaux，Référence de type d'ancrage

La logique de base de la sélection est la « correspondance des besoins», pas l'empilement de paramètres. Avant d'explorer les trois principaux paramètres de base, il est nécessaire de clarifier deux prémisses fondamentales et d'éviter les biais de sélection: l'une est de clarifier les paramètres techniques de base de la pièce testée, y compris la gamme de vitesse angulaire du gyroscope / IMU testé, la gamme d'accélération, la plage d'attitude de travail, etc., qui est la base de base de la sélection; Deuxièmement, des scénarios de test clairs, différenciant différents scénarios tels que l'étalonnage statique, la simulation dynamique, le test de performance extrême, par exemple, la simulation semi - physique dans le domaine de l'aérospatiale nécessite des performances dynamiques plus élevées, tandis que l'étalonnage IMU industriel commun se concentre sur la précision et la stabilité. Dans le même temps, il est nécessaire de suivre les normes pertinentes de l'industrie, telles que la norme militaire GJB 2884 - 97, spécification commune pour les tourelles analogiques de mouvement angulaire à trois axes, etc., pour s'assurer que les options répondent aux exigences de conformité des tests.

Deux,Taux angulaire: correspond à la réponse dynamique de la pièce testée，Équilibrer la précision et la portée

(i) Définition de base et noyau de sélection

La vitesse angulaire se réfère à l'angle de rotation dans l'unité de temps de chaque axe de la tourelle, en ° / s, divisé en trois indicateurs clés de la gamme de vitesse, de la précision de la vitesse, de la stabilité de la vitesse, le principe de sélection de base est de « couvrir la demande de vitesse angulaire maximale de la pièce testée, en tenant compte de la précision du test et du coût de l'équipement». La vitesse angulaire du cadre intérieur, moyen et extérieur de la tourelle à trois axes présente généralement des différences, la gamme de vitesse du cadre intérieur est généralement la plus grande et le cadre extérieur est le plus petit, selon la position d'installation de la pièce testée et la demande de test.

Ii) Principaux éléments de sélection

1.   Option d'échelle: pour répondre à la « vitesse angulaire maximale de la pièce testée × facteur de sécurité (1,2 ~ 1,5) », évitez à la fois l'insuffisance de l'échelle conduisant à l'impossibilité de terminer le test limite, et l'excès d'échelle conduisant au gaspillage d'indicateurs et à la hausse des coûts. Par exemple, la vitesse angulaire maximale du gyroscope MEMS testé est de ± 200 ° / s et la plage de vitesse angulaire de l'axe correspondant de la tourelle doit être sélectionnée ± 240 ° / S ~ ± 300 ° / s; si pour le test de conduction du drone, la vitesse angulaire maximale de la pièce testée peut atteindre 800 ° / s, vous devez sélectionner une tourelle dont la plage de mesure n'est pas inférieure à ± 1000 ° / S (facteur de sécurité 1,25). Dans l'application pratique, la plage de vitesse de la tourelle de simulation triaxiale de haute précision est généralement de 0001 ° / S ~ 400 ° / s pour le cadre intérieur, 0001 ° / S ~ 300 ° / s pour le cadre central, 0001 ° / S ~ 200 ° / s pour le cadre extérieur, ce qui peut couvrir la plupart des besoins de test dans les domaines de l'aérospatiale et de l'industrie.

2.   Précision et stationnarité: la précision de la vitesse affecte directement la précision d'étalonnage de la pièce testée, généralement exprimée par l'erreur relative, les différentes exigences de précision de l'intervalle de vitesse sont différentes, par exemple, la précision doit atteindre 2 × 10 - 3 (méthode de la moyenne à 1 °) pour ω ≤ 1 ° / s et 2 × 10 ⁻⁵ (méthode de la moyenne à 360 °) pour ω ≥ 10 ° / S. La stationnarité de la vitesse détermine la stabilité du signal lors du test dynamique et doit être ajustée en fonction de la sensibilité de la pièce testée, par exemple, le test de gyroscope à fibre optique de haute précision doit sélectionner la stationnarité de la vitesse ≤ 2 × 10⁻⁵ tourelle, pour éviter les fluctuations de vitesse d'introduire des erreurs de test.

3.   Considérations de scénario spéciales: test à basse vitesse (par exemple, 0001 ° / S ~ 0,1 ° / s) doit prêter attention à la stabilité à basse vitesse de la tourelle, éviter le « phénomène de rampe»; Le test à grande vitesse (par exemple ≥ 300 ° / s) doit se concentrer sur la stabilité du système d'entraînement de la tourelle et les performances de dissipation de chaleur, pour éviter les vibrations, la chaleur et d'autres problèmes lors du fonctionnement à grande vitesse, affectant la précision du test. En outre, la résolution de la vitesse angulaire doit également correspondre à la demande de la pièce testée, il est généralement nécessaire que la résolution de la vitesse de rotation ne soit pas inférieure à 1 / 10 de la résolution de la vitesse angulaire de la pièce testée, par exemple, la résolution de la vitesse angulaire de la pièce testée est de 0001 ° / s et la résolution de la vitesse de rotation doit atteindre plus de 00001 ° / S.

Iii. Accélération: adaptation des besoins de simulation dynamique，Concilier vitesse de réponse et capacité de charge

(i) Définition de base et noyau de sélection

L'accélération angulaire se réfère au taux de variation de la vitesse angulaire de chaque axe de la tourelle en ° / s², reflétant la capacité de réponse dynamique de la tourelle, le principe de sélection de base est de « correspondre à la gamme d'Accélération angulaire de la pièce testée, en tenant compte de la capacité de charge de La Tourelle et de la vitesse de réponse». L'accélération angulaire détermine directement si la tourelle peut simuler des scénarios de mutation d'attitude de la pièce testée dans le travail réel, tels que le décollage de l'aéronef, le virage, le freinage d'urgence, etc., dont les performances sont étroitement liées au moteur d'entraînement, au mécanisme de transmission, au système de contrôle de La tourelle.

Ii) Principaux éléments de sélection

1.   Sélection de l'échelle: Conformément à la logique de sélection de l'échelle de vitesse angulaire, il est nécessaire de respecter « l'accélération angulaire maximale de la pièce testée × facteur de sécurité (1,2 ~ 1,5) ». La demande d'Accélération angulaire de différentes pièces testées varie considérablement, par exemple, l'accélération angulaire maximale de l'IMU industriel commun est de ± 500 ° / s², tandis que l'accélération angulaire maximale du gyroscope dans le domaine aérospatial peut atteindre ± 2000 ° / s² au - dessus, la tourelle correspondante doit choisir une plage d'accélération angulaire de ± 600 ° / s² ~ ± 3000 ° / s². Dans le produit réel, l'accélération angulaire maximale de la tourelle de simulation triaxiale de haute précision est généralement de ± 2500 ° / s² pour le cadre intérieur, de ± 2000 ° / s² pour le cadre moyen et de ± 1500 ° / s² pour le cadre extérieur, ce qui peut être adapté aux besoins de test dynamique des Dispositifs de conduction inertielle haut de gamme.

2.   Vitesse de réponse et linéarité: la vitesse de réponse de l'accélération angulaire détermine si la tourelle peut simuler rapidement une mutation d'attitude et doit correspondre au temps de réponse dynamique de la pièce testée, plus le temps de réponse est court, plus il convient aux tests de simulation dynamique à grande vitesse. Dans le même temps, la linéarité de l'accélération angulaire doit répondre aux exigences de test, nécessitant généralement une linéarité ≤ ± 0,1% FS, évitant les erreurs non linéaires affectant la précision des données de test. En outre, il est nécessaire de prêter attention à la stabilité de la vitesse de décélération de la tourelle, d'éviter les chocs lors de la décélération, d'endommager les pièces testées ou d'introduire des erreurs d'essai.

3.   Impact de la charge et de la structure: les performances d'Accélération angulaire de la tourelle seront affectées par le poids de la charge, la taille de la charge, plus la charge est grande, plus la limite supérieure d'Accélération angulaire est basse. Par conséquent, les options doivent combiner le poids de la pièce testée avec les dimensions de montage pour s'assurer que la tourelle peut toujours atteindre la plage d'Accélération angulaire requise sous la charge nominale. Par exemple, le poids de la pièce testée (y compris l'outillage) est de 45 kg, il est nécessaire de choisir une tourelle avec une charge nominale d'au moins 45 kg et peut toujours atteindre l'accélération angulaire cible sous cette charge, tout en tenant compte de l'intersection triaxiale de la tourelle (généralement requise dans la sphère de R0,5 mm) et de la perpendicularité de l'axe, afin d'éviter que les écarts d'installation de la charge affectent les performances d'Accélération angulaire.

Iv. Gamme d'angle de pendule: couvre l'attitude de travail de la pièce testée，Adaptation des scénarios d'installation et de test

(i) Définition de base et noyau de sélection

La plage angulaire pendulaire (plage angulaire) se réfère à la plage angulaire maximale que chaque axe de la tourelle peut tourner, divisée en deux formes de rotation continue et d'angle limité, le principe de base de l'option est de « couvrir toute l'attitude de travail de la pièce testée, en tenant compte de l'espace d'installation et de la commodité du test». Les trois axes de la tourelle à trois axes (généralement l'axe de roulis, l'axe de tangage, l'axe de cap) ont des plages angulaires de lacet différentes et doivent être choisis séparément en fonction des besoins en assiette de la pièce testée, tout en tenant compte du problème d'interférence axiale pour éviter les conflits de limite d'assiette lors de la liaison Multi - axes.

Ii) Principaux éléments de sélection

1.   Option d'échelle: la couverture complète de la plage d'attitude de travail réelle de la pièce testée est nécessaire pour éviter l'apparition d'une zone aveugle d'attitude. Par example, la plage d'angle de tangage du système de guidage inertiel du drone est de ± 90°, la plage d'angle de cap est de ± 180°, la plage d'angle de roulis est de ± 360°, la tourelle correspondante doit choisir une plage d'angle de pendule pour une rotation continue de l'axe de tangage ± 90°, de l'axe de cap ± 180°, de l'axe de roulis 360°; S'il est utilisé pour l'étalonnage statique, la plage d'angle de pendule peut être réduite en fonction des besoins d'étalonnage, réduisant ainsi le coût de l'équipement. Dans les applications pratiques, une partie de la tourelle à trois axes prend en charge la rotation continue infinie à trois axes, ce qui peut être adapté aux scénarios nécessitant une simulation d'attitude complète, tels que les tests de simulation semi - physique d'aéronefs.

2.   Interférence axiale et espace de montage: lors de l'option, vous devez vous concentrer sur la forme structurelle de la tourelle (par exemple, la structure verticale uoo), éviter l'interférence angulaire lors de la liaison Multi - axes, ce qui entraîne l'incapacité d'atteindre l'attitude cible. Dans le même temps, il est nécessaire de combiner les dimensions d'installation de la pièce testée pour s'assurer que l'espace d'installation de la tourelle est suffisant, par exemple, la taille de la pièce testée est de 400 mm × 400 mm × 400 mm, il est nécessaire de choisir la tourelle avec un espace d'installation de la charge qui n'est pas inférieur à cette taille, pour éviter de limiter la plage d'angle de pendule après l'installation. En outre, la précision de l'angle de pendule doit également correspondre aux besoins de test, généralement la précision de l'angle de pendule ≤ ± 0001 ° et la précision de répétabilité ≤ ± 00005 ° sont nécessaires pour assurer le positionnement précis de l'attitude.

3.   Adaptation spéciale de la scène: pour les scénarios de test nécessitant une rotation continue à long terme (tels que le test de stabilité à long terme du gyroscope), vous devez sélectionner une tourelle prenant en charge la rotation continue à 360 ° et dotée d'une fonction d'auto - blocage pour éviter le décalage d'attitude pendant la rotation; Pour la scène d'étalonnage de haute précision, il est nécessaire de prêter attention à la précision de rotation de la tourelle (généralement requise ± 0001 ° ~ ± 0002 °), pour assurer la précision du positionnement de l'angle de pendule, tandis que la tourelle équipée d'un codeur absolu peut être sélectionnée, après la mise hors tension, il n'est pas nécessaire de remettre à zéro l'étalonnage, améliorer l'efficacité du test.

V. trois paramètres de co - sélection: contournement des erreurs，Atteindre un match optimal

La vitesse angulaire, l'accélération, la plage d'angle de pendule ne sont pas des options indépendantes, les trois doivent être compatibles, tout en combinant les caractéristiques testées, le scénario de test, le budget de coût, pour contourner les erreurs de sélection communes suivantes:

1.   Mythe 1: plus le paramètre est élevé, mieux c'est. Des paramètres trop élevés entraînent une augmentation considérable du coût de l'équipement et peuvent entraîner un gaspillage de performance. Par exemple, les tests IMU industriels courants ne nécessitent pas de sélectionner une tourelle avec une accélération angulaire ≥ 2000 ° / s² et une vitesse angulaire ≥ 400 ° / s², et la sélection d'un équipement correspondant aux paramètres de la pièce testée peut répondre à la demande tout en réduisant les coûts d'achat et d'exploitation.

2.   Mythe 2: ignorer la performance synergique de l'axe. L'option partielle se concentre uniquement sur les paramètres d'un seul axe, ignorant la synergie de performance lors de l'accouplement Multi - axes, ce qui entraîne des problèmes d'interférence d'attitude, de baisse de précision et d'autres problèmes lors du test. Par exemple, la vitesse angulaire uniaxiale de la tourelle, l'accélération répondent à la demande, mais lorsque l'accouplement Multiaxial, la vitesse angulaire du cadre extérieur limite le jeu d'accélération du cadre intérieur et ne peut pas compléter la simulation d'attitude complexe.

3.   Mythe 3: ignorer les exigences environnementales et standard. Dans l'environnement de test spécial à haute température, basse température, vide, etc., les trois principaux paramètres de la tourelle seront affectés, lors de la sélection du type, vous devez choisir une tourelle spéciale adaptée à cet environnement; Dans le même temps, il est nécessaire de suivre strictement les normes de l'industrie, telles que les tests militaires doivent être conformes aux normes GJB 2884 - 97, GJB 1801 - 93, etc., pour assurer la conformité des données de test.

4.   Mythe IV: ignorer les effets d'interférence croisée. Le degré d'orthogonalité triaxiale de la tourelle (sensibilité de l'axe croisé) affectera la précision de test des trois grands paramètres, idéalement trois axes doivent être parfaitement orthogonaux, le choix réel du type doit se concentrer sur l'indicateur de sensibilité de l'axe croisé (généralement requis ≤ 1%), afin d'éviter que le mouvement d'un axe ne perturbe la mesure des paramètres des autres axes.

Vi. Résumé des options et recommandations pratiques

Le noyau d'option de la tourelle inertielle à trois axes est « orientation de la demande, ajustement des paramètres, équilibre synergique», la vitesse angulaire, l'accélération, la gamme d'angle de pendule trois paramètres principaux de l'option doivent être développés autour de l'indicateur de noyau de la pièce testée et du scénario de test, les Recommandations pratiques spécifiques sont les suivantes:

1.   Recherche préalable: déterminer la vitesse angulaire de la pièce testée, l'accélération, la plage d'assiette de travail, passer au peigne fin le scénario de test (statique / dynamique, conventionnel / extrême, liaison uniaxiale / multiaxiale), déterminer le facteur de sécurité et les exigences de précision, tout en consultant les normes industrielles pertinentes, clarifier les exigences de conformité.

2.   Correspondance des paramètres: Conformément au principe du « paramètre maximal de la pièce testée × 1,2 ~ 1,5 », déterminer à l'avance la plage de mesure des trois grands paramètres, puis combiner la précision, la vitesse de réponse, la capacité de charge et d'autres détails, filtrer les modèles de tourelle conformes aux exigences, en mettant L'accent sur les différences de paramètres des cadres intérieur, central et extérieur, pour assurer la correspondance avec la position d'installation de la pièce testée.

3.   Vérification des performances: Avant de choisir le type, vous devez demander au fabricant de fournir un rapport de détection de paramètres, de vérifier la précision de la vitesse de la tourelle, la linéarité de l'accélération angulaire, la précision de l'angle de pendule et d'autres indicateurs, si nécessaire, effectuer des tests sur le terrain pour assurer la conformité des paramètres; Dans le même temps, vérifiez la performance du système d'entraînement, du système de contrôle, de la bague de glissement conductrice et d'autres composants de la tourelle pour assurer un fonctionnement stable à long terme.

4.   Contrôle des coûts: sur la base de la satisfaction des besoins de test, la préférence est donnée à l'équipement avec des paramètres adaptés et des performances stables, afin d'éviter le gaspillage de coûts résultant de la poursuite aveugle de paramètres élevés; Dans le même temps, considérez le coût d'exploitation et de maintenance de l'équipement, le coût d'étalonnage, choisissez le fabricant après - vente parfait et conforme aux normes de l'industrie pour assurer le fonctionnement fiable à long terme de l'équipement.

En résumé, l'option de la tourelle inertielle à trois axes est une ingénierie systématique, la vitesse angulaire, l'accélération et l'adaptation de la plage angulaire de pendule déterminent directement l'efficacité et la précision du travail d'essai. Ce n'est qu'en s'appuyant sur les besoins du test, en respectant les normes de l'industrie et en conciliant performance et coût que l'équipement le mieux adapté sera choisi pour fournir un support fiable pour la recherche, le développement, le test et l'étalonnage des dispositifs inertiels.