Трехосный инерционный ротор является ключевым оборудованием для разработки, тестирования и калибровки основных устройств, таких как инерциальная навигационная система (INS), гироскоп и инерционный измерительный блок (IMU). Его производительность напрямую определяет точность и надежность испытаний инерционных устройств и широко используется в аэрокосмической промышленности, военной технике, прецизионном производстве и других областях высокого класса. Среди многих параметров производительности трехосного инерциального ротора угловая скорость, ускорение и диапазон угла маятника являются тремя основными показателями, которые непосредственно соответствуют рабочим характеристикам измеренного устройства и требованиям тестирования, при выборе типа необходимо отказаться от недоразумений « чем выше параметр», в сочетании со спецификациями измеренного элемента, тестовыми сценами и отраслевыми стандартами для научного соответствия. Эта статья будет исходить из основных определений трех параметров, логики отбора, влияющих факторов и практических предложений, чтобы предоставить отраслевым практикам профессиональное, доступное руководство по выбору, устранить избыточную гидрологию, сосредоточиться на основных точках отбора.

I. Предпосылки отбора: уточнение основных потребностей，базис выборки якоря

Основная логика выбора - это « соответствие потребностей», а не укладка параметров. Прежде чем исследовать три основных параметра, необходимо уточнить две основные предпосылки, чтобы избежать отклонения в выборе: во - первых, уточнить основные технические параметры измеренного элемента, в том числе диапазон угловой скорости измеренного гироскопа / IMU, диапазон ускорения, диапазон рабочего положения и т. Д. Это основная основа для выбора; Во - вторых, четко определить тестовые сценарии и различать различные сценарии, такие как статическая калибровка, динамическое моделирование и тестирование предельных характеристик. Например, полуфизическое моделирование в аэрокосмической области требует более высоких динамических характеристик, в то время как обычная промышленная калибровка IMU фокусируется на точности и стабильности. В то же время, необходимо соблюдать соответствующие отраслевые стандарты, такие как военный стандарт GJB 2884 - 97 « Общие спецификации трехосного углового симуляционного ротора движения» и т. Д., Чтобы гарантировать, что выбор соответствует требованиям соответствия испытаниям.

II.Угольная скорость: Соответствие динамическим реакциям измеренного элемента，Равновесие точности и измерения

(i) Основные определения и выборочные ядра

Угольная скорость относится к углу вращения каждой оси ротора в течение единичного времени, единица составляет ° / s, разделена на три ключевых показателя диапазона скорости, точности скорости и плавности скорости, основной принцип отбора - « покрыть максимальную угловую скорость измеренного элемента, принимая во внимание точность тестирования и стоимость оборудования». Внутренняя, средняя и внешняя угловые скорости трехосного ротора обычно различаются, диапазон скоростей внутренней рамы, как правило, самый большой, наименьшая наружная рама, в соответствии с положением установки измеренного элемента и требованиями тестирования соответственно.

(ii) Ключевые элементы отбора

1.   Выбор диапазона: необходимо удовлетворить « максимальную угловую скорость измеренного элемента × коэффициент безопасности (1.2 ~ 1,5) », не только избежать недостаточного измерения, что приводит к невозможности завершения предельного теста, но и предотвратить чрезмерные измерения, приводящие к потере показателей и увеличению затрат. Например, максимальная угловая скорость измеренного гироскопа MEMS составляет ± 200 ° / с, диапазон угловой скорости соответствующего вала ротора должен быть выбран ± 240 ° / с ~ ± 300 ° / с; Если для испытания инерциальной навигации БПЛА максимальная угловая скорость измеренного элемента может достигать 800 ° / с, необходимо выбрать ротор с диапазоном не менее ± 1000 ° / с (система безопасности 1.25). В практическом применении диапазон скоростей высокоточного трехосного симуляционного ротора обычно составляет 0001° / s ~ 400° / s во внутренней раме, 0001° / s ~ 300° / s в средней раме и 0001° / s ~ 200° / s во внешней раме, которая покрывает большинство потребностей в испытаниях в аэрокосмической и промышленной областях.

2.   Точность и плавность: точность скорости напрямую влияет на точность калибровки измеренного элемента, как правило, выражается относительной ошибкой, требования к точности интервалов разных скоростей различны, например, точность должна достигать 2×10 - 3 (метод усреднения 1°) при омега - 1 ° / с, точность при Омега - ≥10 ° / с должна достигать 2×10 ⁻ (метод усреднения 360°). Стабильность скорости определяет стабильность сигнала при динамическом испытании и должна быть скорректирована в соответствии с чувствительностью измеренного элемента. Например, высокоточный тест волоконно - оптического гироскопа должен выбрать ротор с плавностью скорости 2 × 10 ⁻, чтобы избежать колебаний скорости, вводимых в ошибку теста.

3.   Специальные соображения сцены: низкоскоростные тесты (например, 0001° / s ~ 0,1° / s) должны обратить внимание на низкоскоростную плавность ротора, чтобы избежать « явления ползания»; Высокоскоростные испытания (например, ≥300° / с) должны обратить внимание на стабильность приводной системы ротора и характеристики охлаждения, чтобы предотвратить вибрацию, тепловую нагрузку и другие проблемы при работе на высокой скорости, влияя на точность тестирования. Кроме того, разрешение угловой скорости также должно соответствовать потребностям измеренного элемента и обычно требует, чтобы разрешение скорости вращения было не менее 1 / 10 разрешения угловой скорости измеренного элемента, например, разрешение угловой скорости измеренного элемента составляет 0001° / с, а разрешение скорости вращения должно быть выше 00001° / с.

III. Ускорение: адаптация к потребностям динамического моделирования，Совмещение скорости отклика с нагрузкой

(i) Основные определения и выборочные ядра

Угловое ускорение относится к скорости изменения угловой скорости каждой оси ротора, единица составляет ° / s², что отражает динамическую отзывчивость ротора, основной принцип отбора - « соответствовать диапазону углового ускорения измеренного элемента, учитывать грузоподъемность ротора и скорость отклика». Угловое ускорение напрямую определяет, может ли ротор имитировать сценарий изменения положения измеренного элемента в реальной работе, такой как взлет, поворот, аварийное торможение и т. Д., Его производительность тесно связана с приводным двигателем, приводным механизмом и системой управления ротора.

(ii) Ключевые элементы отбора

1.   Выбор диапазона: в соответствии с логикой выбора диапазона угловой скорости, необходимо соответствовать « максимальному угловому ускорению измеренного элемента x коэффициент безопасности (1.2 ~ 1,5) ». Потребности в угловом ускорении для различных измеренных элементов значительно различаются, например, максимальное угловое ускорение для обычных промышленных IMU составляет ±500 ° / s², в то время как максимальное угловое ускорение гироскопа в аэрокосмической области может достигать ±2000 ° / s² или более, соответствующий поворотный стол должен выбрать диапазон углового ускорения ±600 ° / s² ~ ±3000 ° / s². В реальных продуктах максимальное угловое ускорение высокоточного трехосного симуляционного ротора обычно составляет ±2500 ° / s² во внутренней раме, ±2000 ° / s² в средней раме и ±1500 ° / s² во внешней раме, что соответствует требованиям динамических испытаний высокопроизводительных инерциальных навигационных устройств.

2.   Скорость отклика и линейность: скорость отклика углового ускорения определяет, может ли ротор быстро имитировать изменение положения, должно соответствовать времени динамической реакции измеренного элемента, чем короче время отклика, тем больше он подходит для высокоскоростного динамического симуляционного теста. В то же время линейность углового ускорения должна соответствовать требованиям теста, обычно требуя линейности ± 0,1% FS, чтобы нелинейные ошибки не влияли на точность тестовых данных. Кроме того, необходимо обратить внимание на плавность скорости сложения и вычитания ротора, чтобы предотвратить удар во время добавления и замедления, повредить измеренный элемент или ввести ошибку испытания.

3.   Влияние нагрузки и конструкции: на характеристики углового ускорения ротора будет влиять вес нагрузки, размер нагрузки, чем больше нагрузка, тем ниже верхний предел углового ускорения. Поэтому при выборе необходимо сочетать вес измеренного элемента с размерами установки, чтобы гарантировать, что ротор все еще может достичь требуемого диапазона углового ускорения при номинальной нагрузке. Например, измеренный элемент (с рабочей нагрузкой) весит 45 кг, необходимо выбрать ротор с номинальной нагрузкой не менее 45 кг и при этой нагрузке все еще может достигать ускорения в целевом углу, учитывая при этом вертикальность пересечения трех осей ротора (обычно требуется R0,5 мм) с осевой системой, чтобы избежать отклонения от установки нагрузки, влияющего на характеристики углового ускорения.

IV. Диапазон угла маятника: покрытие рабочего положения измеренного элемента，Адаптация сценариев установки и тестирования

(i) Основные определения и выборочные ядра

Диапазон угла маятника (диапазон углов вращения) относится к максимальному угловому диапазону, который может вращаться каждой осью ротора и делится на две формы: непрерывное вращение и ограниченный угол. Основной принцип отбора заключается в том, чтобы « покрыть все рабочее положение измеренного элемента, принимая во внимание пространство установки и удобство испытания». Три оси трехосного ротора (обычно оси качения, оси тангажа, оси курса) имеют разный диапазон углов маятника и должны быть выбраны отдельно в соответствии с требованиями ориентации измеренного элемента, при этом необходимо учитывать интерференцию осевой системы, чтобы избежать конфликта предела положения при многоосном соединении.

(ii) Ключевые элементы отбора

1.   Выбор диапазона: необходимо полностью покрыть фактический диапазон рабочего положения измеренного элемента, чтобы избежать слепого пятна положения. Например, угол тангажа инерциальной навигационной системы БПЛА составляет ±90°, угол курса - ±180°, угол качения - ±360°, соответствующий поворотный стол должен выбрать диапазон угла маятника для непрерывного вращения оси тангажа ±90°, оси курса ±180° и оси качения 360 °; Если используется для статической калибровки, диапазон угла маятника может быть соответствующим образом уменьшен в соответствии с требованиями калибровки, чтобы снизить стоимость оборудования. В практическом применении некоторые трехосные роторы поддерживают непрерывное бесконечное вращение трех осей и могут быть адаптированы к сценам, требующим полного моделирования положения, таким как полуфизическое моделирование самолета.

2.   Интерференция осевой системы и пространство установки: при выборе конфигурации необходимо обратить внимание на конструкционную форму ротора (например, вертикальную структуру UOO), чтобы избежать угловых интерференций при многоосном соединении, что приводит к невозможности достижения целевого положения. В то же время, в сочетании с размерами установки измеренного элемента, необходимо обеспечить достаточное пространство для установки ротора, например, размер измеренного элемента 400×400×400mm, необходимо выбрать ротор, который загружает место установки не меньше этого размера, чтобы избежать ограничения диапазона угла маятника после установки. Кроме того, точность угла маятника также должна соответствовать требованиям тестирования, как правило, требуется точность угла маятника ± 0001°, точность повторения ± 00005°, чтобы обеспечить точное позиционирование положения.

3.   Специальная адаптация к сценарию: для тестовых сценариев, требующих длительного непрерывного вращения (например, тест на долгосрочную стабильность гироскопа), необходимо выбрать ротор, поддерживающий непрерывное вращение на 360 ° и имеющий функцию самоблокировки, чтобы избежать смещения положения во время вращения; Для высокоточной калибровки сцены необходимо обратить внимание на точность вращения ротора (обычно требуется ± 0001° ~ ± 0002°), чтобы обеспечить точность позиционирования угла маятника, в то же время можно выбрать ротор, оснащенный абсолютным кодером, после отключения электроэнергии не нужно возвращаться к нулевой калибровке, чтобы повысить эффективность тестирования.

5. Совместный выбор трех параметров: избежание недоразумений，Достижение оптимального соответствия

Угольная скорость, ускорение, диапазон угла маятника не являются независимым выбором, эти три должны быть согласованы, в то же время в сочетании с измеренными характеристиками, тестовыми сценами, бюджетом затрат, чтобы избежать следующих общих недоразумений выбора:

1.   Миф первый: чем выше параметр, тем лучше. Слишком высокие параметры могут привести к значительному увеличению стоимости оборудования и потенциально привести к потере производительности. Например, обычные промышленные испытания IMU не требуют выбора поворотного стола с угловым ускорением ≥ 2000 ° / s² и угловой скоростью ≥ 400 ° / s, выбор оборудования, которое соответствует параметрам измеренного элемента, может удовлетворить спрос, одновременно снижая затраты на закупку и транспортировку.

2.   Миф второй: игнорировать синергию осей. Некоторые варианты фокусируются только на одноосных параметрах, игнорируя синергию производительности при многоосной связи, что приводит к интерференции положения и снижению точности в процессе тестирования. Например, одноосная угловая скорость ротора, ускорение удовлетворяют потребностям, но при многоосном соединении угловая скорость внешней рамы ограничивает ускорение внутренней рамы и не может завершить сложное моделирование положения.

3.   Миф третий: игнорирование экологических и стандартных требований. В специальной тестовой среде, такой как высокая температура, низкая температура и вакуум, будут затронуты три основных параметра поворотного стола, при выборе необходимо выбрать специальный поворотный стол, подходящий для этой среды; В то же время необходимо строго соблюдать отраслевые стандарты, такие как военные испытания, которые должны соответствовать стандартам GJB 2884 - 97, GJB 1801 - 93 и т. Д., Чтобы обеспечить эффективное соблюдение данных испытаний.

4.   Миф 4: Игнорирование эффекта перекрестных помех. Степень ортогональности трех осей ротора (чувствительность перекрестной оси) влияет на точность тестирования трех основных параметров, в идеале три оси должны быть полностью ортогональными, при фактическом выборе необходимо обратить внимание на индикатор чувствительности перекрестной оси (обычно требуется 1%), чтобы избежать помех, вызванных движением одной оси для измерения параметров других осей.

VI. Выбор резюме и практические рекомендации

Ядром отбора трехосного инерциального ротора является « ориентация на спрос, соответствие параметров, синергический баланс», выбор трех основных параметров угловой скорости, ускорения и углового диапазона маятника должен вращаться вокруг основных показателей измеренного элемента и тестовой сцены, конкретные практические предложения заключаются в следующем:

1.   Предыдущее исследование: уточните угловую скорость, ускорение, диапазон рабочего положения измеренного элемента, расчесывайте тестовые сцены (статические / динамические, обычные / предельные, одноосные / многоосные связи), определяйте коэффициент безопасности и требования к точности, а также обратитесь к соответствующим отраслевым стандартам, уточните требования к соблюдению.

2.   Соответствие параметров: в соответствии с принципом « максимальный параметр измеренного элемента × 1.2 ~ 1.5», предварительное определение диапазона измерений трех основных параметров, в сочетании с точностью, скоростью отклика, пропускной способностью и другими деталями, скрининг соответствующих требованиям моделей ротора, фокусируясь на различиях параметров внутри, в средней и внешней рамах, чтобы обеспечить соответствие с местом установки измеренного элемента.

3.   Проверка производительности: перед выбором необходимо попросить производителя предоставить отчет об испытании параметров, проверить точность скорости ротора, линейность углового ускорения, точность маятника и другие показатели, при необходимости провести полевые испытания, чтобы обеспечить соответствие параметров; В то же время, проверьте производительность приводной системы ротора, системы управления, проводящего скользящего кольца и других компонентов, чтобы обеспечить долгосрочную работу стабильной.

4.   Контроль затрат: в соответствии с предпосылкой удовлетворения потребностей тестирования приоритет отдается выбору оборудования с соответствующими параметрами и стабильной производительностью, чтобы избежать слепого стремления к высоким параметрам, что приводит к расточительству затрат; В то же время, принимая во внимание стоимость транспортировки и обслуживания оборудования, стоимость калибровки, выберите производителя, который совершенствуется после продажи и соответствует отраслевым стандартам, чтобы обеспечить долгосрочную и надежную работу оборудования.

Короче говоря, выбор трехосного инерционного ротора является систематическим проектом, и соответствие угловой скорости, ускорения и угла маятника напрямую определяет эффективность и точность тестовой работы. Только основываясь на потребностях измеренных деталей, следуя отраслевым стандартам, принимая во внимание производительность и затраты, мы можем выбрать наиболее подходящее оборудование для разработки, тестирования и калибровки инерционных устройств, чтобы обеспечить надежную поддержку.