Trong lĩnh vực dẫn đường quán tính, mô phỏng tư thế máy bay, hàng không vũ trụ và sản xuất thiết bị cao cấp, các thiết bị quán tính (con quay hồi chuyển, gia tốc kế) và các hệ thống mà chúng tạo thành (IMU, hệ thống dẫn đường quán tính) là cốt lõi của việc cảm nhận chuyển động và vị trí. Hiệu suất của chúng quyết định trực tiếp độ chính xác và độ tin cậy của toàn bộ hệ thống. Bàn xoay thử nghiệm quán tính một trục là một thiết bị chuẩn có độ chính xác cao không thể thiếu để đánh giá, hiệu chuẩn và tiêu chuẩn hóa các "trung tâm thần kinh" này. Bài viết này sẽ đi sâu vào các nguyên tắc làm việc cốt lõi và các chỉ số hiệu suất chính của nó, thể hiện ý nghĩa công nghệ của nó trong các lĩnh vực thử nghiệm tiên tiến.
I. Nguyên tắc làm việc cốt lõi: Xây dựng một tham chiếu chuyển động "lý tưởng"
Bản chất của bàn xoay thử nghiệm quán tính là cung cấp một môi trường chuyển động quay một bậc tự do đã biết, có độ chính xác cao và có thể kiểm soát được cho thiết bị quán tính đang được thử nghiệm. Việc hiện thực hóa công nghệ của nó là đỉnh cao của sự tích hợp giữa cơ học chính xác, điều khiển servo hiện đại và cảm biến có độ chính xác cao.
1. Thân máy cơ học chính xác: nền tảng vật lý của hiệu suất
Hệ thống trục chính xác: Cao cấp bàn xoaythường sử dụng vòng bi tiếp xúc góc theo cặp để đáp ứng các yêu cầu về định vị hướng tâm và hướng trục chính xác , độ cứng cao và độ chính xác quay cao. Đây là cơ sở vật lý để đạt được độ ổn định tốc độ cực thấp và độ chính xác vị trí cực cao. Công nghệ truyền động trực tiếp: Công nghệ này loại bỏ các thành phần truyền động bánh răng và bánh răng sâu truyền thống, sử dụng động cơ nhiều cực, mô-men xoắn cao để truyền động trực tiếp nền tảng. Ưu điểm của nó bao gồm không có khe hở, gợn mô-men xoắn thấp và phản hồi động cao, loại bỏ hoàn toàn các hiệu ứng phi tuyến của lỗi truyền động và tính linh hoạt.
Cấu trúc độ cứng cao và biến dạng thấp: Nền tảng và đế được làm bằng vật liệu có hệ số giãn nở nhiệt thấp và thiết kế gia cố đối xứng để đảm bảo biến dạng hình học tối thiểu dưới các tải trọng và nhiệt độ khác nhau, do đó duy trì sự ổn định của hệ thống trục.
2. Hệ thống đo góc chính xác cao: "đôi mắt" của hệ thống
Thành phần cốt lõi là bộ mã hóa lưới tròn có độ chính xác cực cao, với hàng chục hoặc thậm chí hàng trăm nghìn đường. Thông qua các vân moiré chính xác và công nghệ chia nhỏ điện tử, nó đạt được độ phân giải dưới giây cung hoặc thậm chí mili giây cung. Nó đo vị trí tuyệt đối của bàn xoay trong thời gian thực và liên tục, tạo thành nguồn phản hồi cho điều khiển vòng kín hoàn toàn. Độ chính xác của nó quyết định trực tiếp tham chiếu định vị của hệ thống.
3. Hệ thống điều khiển servo hiệu suất cao: "bộ não" và "dây thần kinh" của hệ thống
Đây là một hệ thống điều khiển vòng kín thời gian thực dựa trên bộ xử lý tín hiệu số tốc độ cao (DSP/FPGA). Nó nhận các lệnh chuyển động (chẳng hạn như vị trí, tốc độ và dao động hình sin) từ máy tính chủ, so sánh chúng với các giá trị thực tế từ phản hồi lưới và tính toán và xuất ra các đại lượng điều khiển trong thời gian thực bằng cách sử dụng các thuật toán điều khiển tiên tiến (chẳng hạn như PID thích ứng, bù tiến, bộ quan sát nhiễu và lọc notch).
Bù tiến: Bù trước cho quán tính và ma sát đã biết của hệ thống, cải thiện độ chính xác theo dõi động.
Bộ lọc Notch: Ức chế chính xác các đỉnh cộng hưởng cơ học, đảm bảo sự ổn định của hệ thống trong băng thông cao.
Tín hiệu điều khiển được khuếch đại bởi một bộ điều khiển servo hiệu suất cao và chính xác
điều khiển động cơ mô-men xoắn, tạo thành một vòng kín chính xác của "lệnh-điều khiển-truyền động-thực thi-phản hồi-hiệu chỉnh", do đó đạt được chuyển động trơn tru và chính xác từ tốc độ cực thấp đến tốc độ cao. II. Phân tích chỉ số hiệu suất chính: Xác định ranh giới của khả năng thử nghiệm
Đánh giá chất lượng của bàn xoay thử nghiệm quán tính một trục đòi hỏi phải xem xét từ nhiều khía cạnh, bao gồm độ ổn định, tính năng động và khả năng thích ứng với môi trường. Các chỉ số sau là tiêu chí cốt lõi để các kỹ sư lựa chọn và cũng đại diện cho trần công nghệ của nhà sản xuất.
1. Các chỉ số độ chính xác tĩnh: Được đo bằng các tiêu chuẩn "tĩnh".
Độ chính xác định vị: Độ lệch tối đa giữa vị trí được chỉ định và vị trí dừng thực tế (đơn vị: giây cung″). Nó phản ánh toàn diện lỗi hệ thống trục, lỗi lưới và lỗi trạng thái ổn định điều khiển, và là độ chính xác "thước đo tuyệt đối" của bàn xoay.
Độ phân giải vị trí: Mức tăng góc nhỏ nhất mà hệ thống điều khiển có thể nhận biết hoặc thực hiện. Nó xác định giới hạn dưới của độ mịn chuyển động và thường cao hơn độ chính xác định vị (ví dụ: độ chính xác định vị là
2 ″ có thể có độ phân giải là 0,36 ″ ).Lỗi quay trục: Điều này bao gồm độ lệch hướng tâm/hướng trục, đề cập đến chuyển động không lý tưởng của trục quay trong không gian. Bàn xoay có độ chính xác cao có thể đạt được thông số này là ±1″, điều này rất quan trọng để đảm bảo bề mặt bàn vẫn ổn định.
2. Các chỉ số hiệu suất động: kiểm tra đặc tính của "chuyển động".
Phạm vi và độ ổn định tốc độ góc: Đây là những chỉ số quan trọng nhất và đầy thách thức về mặt kỹ thuật.
Phạm vi
: Nó cần bao gồm phạm vi cực đoan từ dưới tốc độ quay của Trái đất (0,001 ° /s) đến tốc độ cơ động tốc độ cao (±10000 °/s).Độ ổn định tốc độ: Trong quá trình vận hành tốc độ không đổi, sự dao động của tốc độ tức thời so với tốc độ trung bình thường được biểu thị dưới dạng giá trị tương đối (ví dụ: 1×10⁻⁶). Nó xác định trực tiếp "độ tinh khiết" của tốc độ góc được đưa vào trong thử nghiệm hiệu chuẩn con quay hồi chuyển và là chỉ số cuối cùng về khả năng của hệ thống servo bàn xoay để triệt tiêu dao động mô-men xoắn và nhiễu ma sát.
Gia tốc góc và băng thông hệ thống:
Gia tốc góc tối đa: được xác định bởi mô-men xoắn cực đại của động cơ và tổng quán tính của hệ thống, ảnh hưởng đến khả năng cơ động động cao được mô phỏng.
Băng thông servo: Giới hạn trên của tần số (đơn vị: Hz) mà bàn xoay có thể tái tạo chính xác các lệnh chuyển động hình sin. Băng thông cao có nghĩa là nó có thể mô phỏng thực tế hơn sự rung lắc tư thế tần số cao của máy bay, đây là điều kiện tiên quyết để thử nghiệm các đặc tính đáp ứng động của thiết bị.
3. Các chỉ số tải và tính linh hoạt
Khả năng tải và phù hợp quán tính: Không đủ để chỉ tập trung vào khả năng tải tối đa; mức độ phù hợp giữa quán tính tải và quán tính rôto bàn xoay là rất quan trọng. Một sự phù hợp thích hợp là chìa khóa để đảm bảo hiệu suất động không bị suy giảm.
Giao diện đồng bộ hóa và giao tiếp: Hỗ trợ đồng bộ hóa phần cứng PPS (xung trên giây) và Ethernet công nghiệp thời gian thực băng thông cao (chẳng hạn như EtherCAT) để đảm bảo đồng bộ hóa chính xác giữa chuyển động bàn xoay và dấu thời gian của hệ thống thu thập dữ liệu bên ngoài. Đây là nền tảng để tiến hành các thí nghiệm phức tạp như dẫn đường tích hợp và thử nghiệm đa trục.
Tóm tắt: Lựa chọn công nghệ và hiện thực hóa giá trị
Việc chọn một bàn xoay thử nghiệm quán tính không chỉ đơn giản là theo đuổi giá trị cao nhất cho một chỉ số duy nhất, mà là tạo ra một sự phù hợp chính xác dựa trên các đặc điểm của thiết bị đang được thử nghiệm (chẳng hạn như con quay hồi chuyển sợi quang, IMU MEMS và con quay hồi chuyển laser) và nhiệm vụ thử nghiệm (hiệu chuẩn độ lệch bằng không, thử nghiệm hệ số tỷ lệ và mô phỏng môi trường động).
Thử nghiệm con quay hồi chuyển laser/con quay hồi chuyển sợi quang có độ chính xác cao đòi hỏi phải theo đuổi cực độ về độ ổn định ở tốc độ cực thấp và độ rung góc cực thấp.
Khi thử nghiệm IMU MEMS hoặc bộ tìm kiếm cấp chiến thuật, băng thông cao, gia tốc cao và khả năng tái tạo quỹ đạo chuyển động phức tạp có tầm quan trọng lớn hơn.
Là một thiết bị đo lường và thử nghiệm quan trọng trong thượng nguồn của chuỗi ngành công nghiệp công nghệ quán tính, hiệu suất của bàn xoay thử nghiệm quán tính ảnh hưởng trực tiếp đến việc thiết lập và xác minh khả năng trần độ chính xác của các thiết bị hạ nguồn. Nó không chỉ là một thiết bị lạnh, mà còn là một "thợ thủ công" và "người gác cổng" thúc đẩy sự tiến bộ của công nghệ quán tính và đảm bảo độ chính xác của các thiết bị cao cấp của đất nước.
Công ty TNHH Công nghệ chính xác Jiujiang Ruya
chuyên về bàn xoay thử nghiệm quán tính có độ chính xác cao, cam kết cung cấp cho người dùng các giải pháp toàn diện, từ hệ thống một trục tiêu chuẩn đến hệ thống đa trục phức tạp. Các sản phẩm của chúng tôi, được đặc trưng bởi độ chính xác hàng đầu, độ tin cậy vượt trội và kiến trúc hệ thống mở, phục vụ nhiều phòng thí nghiệm trọng điểm quốc gia và các doanh nghiệp hàng đầu trong ngành, khiến chúng tôi trở thành đối tác đáng tin cậy cho công nghệ thử nghiệm quán tính.
Trong lĩnh vực dẫn đường quán tính, mô phỏng tư thế máy bay, hàng không vũ trụ và sản xuất thiết bị cao cấp, các thiết bị quán tính (con quay hồi chuyển, gia tốc kế) và các hệ thống mà chúng tạo thành (IMU, hệ thống dẫn đường quán tính) là cốt lõi của việc cảm nhận chuyển động và vị trí. Hiệu suất của chúng quyết định trực tiếp độ chính xác và độ tin cậy của toàn bộ hệ thống. Bàn xoay thử nghiệm quán tính một trục là một thiết bị chuẩn có độ chính xác cao không thể thiếu để đánh giá, hiệu chuẩn và tiêu chuẩn hóa các "trung tâm thần kinh" này. Bài viết này sẽ đi sâu vào các nguyên tắc làm việc cốt lõi và các chỉ số hiệu suất chính của nó, thể hiện ý nghĩa công nghệ của nó trong các lĩnh vực thử nghiệm tiên tiến.
I. Nguyên tắc làm việc cốt lõi: Xây dựng một tham chiếu chuyển động "lý tưởng"
Bản chất của bàn xoay thử nghiệm quán tính là cung cấp một môi trường chuyển động quay một bậc tự do đã biết, có độ chính xác cao và có thể kiểm soát được cho thiết bị quán tính đang được thử nghiệm. Việc hiện thực hóa công nghệ của nó là đỉnh cao của sự tích hợp giữa cơ học chính xác, điều khiển servo hiện đại và cảm biến có độ chính xác cao.
1. Thân máy cơ học chính xác: nền tảng vật lý của hiệu suất
Hệ thống trục chính xác: Cao cấp bàn xoaythường sử dụng vòng bi tiếp xúc góc theo cặp để đáp ứng các yêu cầu về định vị hướng tâm và hướng trục chính xác , độ cứng cao và độ chính xác quay cao. Đây là cơ sở vật lý để đạt được độ ổn định tốc độ cực thấp và độ chính xác vị trí cực cao. Công nghệ truyền động trực tiếp: Công nghệ này loại bỏ các thành phần truyền động bánh răng và bánh răng sâu truyền thống, sử dụng động cơ nhiều cực, mô-men xoắn cao để truyền động trực tiếp nền tảng. Ưu điểm của nó bao gồm không có khe hở, gợn mô-men xoắn thấp và phản hồi động cao, loại bỏ hoàn toàn các hiệu ứng phi tuyến của lỗi truyền động và tính linh hoạt.
Cấu trúc độ cứng cao và biến dạng thấp: Nền tảng và đế được làm bằng vật liệu có hệ số giãn nở nhiệt thấp và thiết kế gia cố đối xứng để đảm bảo biến dạng hình học tối thiểu dưới các tải trọng và nhiệt độ khác nhau, do đó duy trì sự ổn định của hệ thống trục.
2. Hệ thống đo góc chính xác cao: "đôi mắt" của hệ thống
Thành phần cốt lõi là bộ mã hóa lưới tròn có độ chính xác cực cao, với hàng chục hoặc thậm chí hàng trăm nghìn đường. Thông qua các vân moiré chính xác và công nghệ chia nhỏ điện tử, nó đạt được độ phân giải dưới giây cung hoặc thậm chí mili giây cung. Nó đo vị trí tuyệt đối của bàn xoay trong thời gian thực và liên tục, tạo thành nguồn phản hồi cho điều khiển vòng kín hoàn toàn. Độ chính xác của nó quyết định trực tiếp tham chiếu định vị của hệ thống.
3. Hệ thống điều khiển servo hiệu suất cao: "bộ não" và "dây thần kinh" của hệ thống
Đây là một hệ thống điều khiển vòng kín thời gian thực dựa trên bộ xử lý tín hiệu số tốc độ cao (DSP/FPGA). Nó nhận các lệnh chuyển động (chẳng hạn như vị trí, tốc độ và dao động hình sin) từ máy tính chủ, so sánh chúng với các giá trị thực tế từ phản hồi lưới và tính toán và xuất ra các đại lượng điều khiển trong thời gian thực bằng cách sử dụng các thuật toán điều khiển tiên tiến (chẳng hạn như PID thích ứng, bù tiến, bộ quan sát nhiễu và lọc notch).
Bù tiến: Bù trước cho quán tính và ma sát đã biết của hệ thống, cải thiện độ chính xác theo dõi động.
Bộ lọc Notch: Ức chế chính xác các đỉnh cộng hưởng cơ học, đảm bảo sự ổn định của hệ thống trong băng thông cao.
Tín hiệu điều khiển được khuếch đại bởi một bộ điều khiển servo hiệu suất cao và chính xác
điều khiển động cơ mô-men xoắn, tạo thành một vòng kín chính xác của "lệnh-điều khiển-truyền động-thực thi-phản hồi-hiệu chỉnh", do đó đạt được chuyển động trơn tru và chính xác từ tốc độ cực thấp đến tốc độ cao. II. Phân tích chỉ số hiệu suất chính: Xác định ranh giới của khả năng thử nghiệm
Đánh giá chất lượng của bàn xoay thử nghiệm quán tính một trục đòi hỏi phải xem xét từ nhiều khía cạnh, bao gồm độ ổn định, tính năng động và khả năng thích ứng với môi trường. Các chỉ số sau là tiêu chí cốt lõi để các kỹ sư lựa chọn và cũng đại diện cho trần công nghệ của nhà sản xuất.
1. Các chỉ số độ chính xác tĩnh: Được đo bằng các tiêu chuẩn "tĩnh".
Độ chính xác định vị: Độ lệch tối đa giữa vị trí được chỉ định và vị trí dừng thực tế (đơn vị: giây cung″). Nó phản ánh toàn diện lỗi hệ thống trục, lỗi lưới và lỗi trạng thái ổn định điều khiển, và là độ chính xác "thước đo tuyệt đối" của bàn xoay.
Độ phân giải vị trí: Mức tăng góc nhỏ nhất mà hệ thống điều khiển có thể nhận biết hoặc thực hiện. Nó xác định giới hạn dưới của độ mịn chuyển động và thường cao hơn độ chính xác định vị (ví dụ: độ chính xác định vị là
2 ″ có thể có độ phân giải là 0,36 ″ ).Lỗi quay trục: Điều này bao gồm độ lệch hướng tâm/hướng trục, đề cập đến chuyển động không lý tưởng của trục quay trong không gian. Bàn xoay có độ chính xác cao có thể đạt được thông số này là ±1″, điều này rất quan trọng để đảm bảo bề mặt bàn vẫn ổn định.
2. Các chỉ số hiệu suất động: kiểm tra đặc tính của "chuyển động".
Phạm vi và độ ổn định tốc độ góc: Đây là những chỉ số quan trọng nhất và đầy thách thức về mặt kỹ thuật.
Phạm vi
: Nó cần bao gồm phạm vi cực đoan từ dưới tốc độ quay của Trái đất (0,001 ° /s) đến tốc độ cơ động tốc độ cao (±10000 °/s).Độ ổn định tốc độ: Trong quá trình vận hành tốc độ không đổi, sự dao động của tốc độ tức thời so với tốc độ trung bình thường được biểu thị dưới dạng giá trị tương đối (ví dụ: 1×10⁻⁶). Nó xác định trực tiếp "độ tinh khiết" của tốc độ góc được đưa vào trong thử nghiệm hiệu chuẩn con quay hồi chuyển và là chỉ số cuối cùng về khả năng của hệ thống servo bàn xoay để triệt tiêu dao động mô-men xoắn và nhiễu ma sát.
Gia tốc góc và băng thông hệ thống:
Gia tốc góc tối đa: được xác định bởi mô-men xoắn cực đại của động cơ và tổng quán tính của hệ thống, ảnh hưởng đến khả năng cơ động động cao được mô phỏng.
Băng thông servo: Giới hạn trên của tần số (đơn vị: Hz) mà bàn xoay có thể tái tạo chính xác các lệnh chuyển động hình sin. Băng thông cao có nghĩa là nó có thể mô phỏng thực tế hơn sự rung lắc tư thế tần số cao của máy bay, đây là điều kiện tiên quyết để thử nghiệm các đặc tính đáp ứng động của thiết bị.
3. Các chỉ số tải và tính linh hoạt
Khả năng tải và phù hợp quán tính: Không đủ để chỉ tập trung vào khả năng tải tối đa; mức độ phù hợp giữa quán tính tải và quán tính rôto bàn xoay là rất quan trọng. Một sự phù hợp thích hợp là chìa khóa để đảm bảo hiệu suất động không bị suy giảm.
Giao diện đồng bộ hóa và giao tiếp: Hỗ trợ đồng bộ hóa phần cứng PPS (xung trên giây) và Ethernet công nghiệp thời gian thực băng thông cao (chẳng hạn như EtherCAT) để đảm bảo đồng bộ hóa chính xác giữa chuyển động bàn xoay và dấu thời gian của hệ thống thu thập dữ liệu bên ngoài. Đây là nền tảng để tiến hành các thí nghiệm phức tạp như dẫn đường tích hợp và thử nghiệm đa trục.
Tóm tắt: Lựa chọn công nghệ và hiện thực hóa giá trị
Việc chọn một bàn xoay thử nghiệm quán tính không chỉ đơn giản là theo đuổi giá trị cao nhất cho một chỉ số duy nhất, mà là tạo ra một sự phù hợp chính xác dựa trên các đặc điểm của thiết bị đang được thử nghiệm (chẳng hạn như con quay hồi chuyển sợi quang, IMU MEMS và con quay hồi chuyển laser) và nhiệm vụ thử nghiệm (hiệu chuẩn độ lệch bằng không, thử nghiệm hệ số tỷ lệ và mô phỏng môi trường động).
Thử nghiệm con quay hồi chuyển laser/con quay hồi chuyển sợi quang có độ chính xác cao đòi hỏi phải theo đuổi cực độ về độ ổn định ở tốc độ cực thấp và độ rung góc cực thấp.
Khi thử nghiệm IMU MEMS hoặc bộ tìm kiếm cấp chiến thuật, băng thông cao, gia tốc cao và khả năng tái tạo quỹ đạo chuyển động phức tạp có tầm quan trọng lớn hơn.
Là một thiết bị đo lường và thử nghiệm quan trọng trong thượng nguồn của chuỗi ngành công nghiệp công nghệ quán tính, hiệu suất của bàn xoay thử nghiệm quán tính ảnh hưởng trực tiếp đến việc thiết lập và xác minh khả năng trần độ chính xác của các thiết bị hạ nguồn. Nó không chỉ là một thiết bị lạnh, mà còn là một "thợ thủ công" và "người gác cổng" thúc đẩy sự tiến bộ của công nghệ quán tính và đảm bảo độ chính xác của các thiết bị cao cấp của đất nước.
Công ty TNHH Công nghệ chính xác Jiujiang Ruya
chuyên về bàn xoay thử nghiệm quán tính có độ chính xác cao, cam kết cung cấp cho người dùng các giải pháp toàn diện, từ hệ thống một trục tiêu chuẩn đến hệ thống đa trục phức tạp. Các sản phẩm của chúng tôi, được đặc trưng bởi độ chính xác hàng đầu, độ tin cậy vượt trội và kiến trúc hệ thống mở, phục vụ nhiều phòng thí nghiệm trọng điểm quốc gia và các doanh nghiệp hàng đầu trong ngành, khiến chúng tôi trở thành đối tác đáng tin cậy cho công nghệ thử nghiệm quán tính.
