Xét nghiệm quán tínhBảng giálà thiết bị thử nghiệm cốt lõi trong hàng không vũ trụ, sản xuất thiết bị cao cấp và đo lường chính xác, cung cấp các tham chiếu chuyển động góc chính xác và có thể điều khiển cho máy quay, máy tăng tốc,và hệ thống điều hướng quán tính. Chọn giữa trục đơn và trục képBảng tỷ lệkhông phải là một nâng cấp đơn giản của các thông số kỹ thuật, mà là một quyết định kỹ thuật có hệ thống dựa trên bản chất vật lý của thử nghiệm, các chỉ số kỹ thuật và tổng chi phí vòng đời.Bài viết này sẽ cung cấp một phân tích so sánh nghiêm ngặt và khoa học của hai từ ba chiều: nguyên tắc kỹ thuật, kịch bản ứng dụng và kinh tế.
|
Các kích thước so sánh |
Xét nghiệm quán tính một trụcBảng tỷ lệ |
Xét nghiệm quán tính hai trụcBảng tỷ lệ |
|
Mức tự do di chuyển |
Một mức độ tự do quay. Nó chỉ có thể quay xung quanh một trục cố định (thường làaximuth trục). |
Hai độ tự do xoay.aximuth) trục và trục dọc (phương độ) thẳng đứng với nhau, có thể mô phỏng sự thay đổi thái độ của một chiếc xe trong không gian hai chiều. |
|
Chức năng cốt lõi |
Cung cấp chính xác Vị trí góc trục đơn, tốc độ góc và gia tốc góctài liệu tham khảo. Chủ yếu sử dụng đểlà phản ứng của các thiết bị đối với đầu vào xoay tròn một trục. |
Nó cung cấp tư thế vị trí góc, tỷ lệ góc, và chuyển động tổng hợp tham chiếuetrong không gian hai chiềuNó có thể ngâmUalate chuyển động kết hợp như pitch-yaw hoặc roll-yaw. |
|
Cấu trúc cơ khí |
Cấu trúc tương đối đơn giản, thường bao gồm một bảng hình chữ "T" hoặc một hệ thống trục dọc, chỉ chứa một bộ trục, động cơ truyền động và cảm biến góc chính xác cao. |
Cấu trúc phức tạp, với dòng chính làmột khung hình U(U bên ngoài,Hai hệ thống trục được kết nối theo chuỗi, tạo ra các vấn đề về ghép nối giữa các khung và khớp quán tính tải. |
|
Các điểm kỹ thuật quan trọng |
Máy gia công trục chính xác cao, chính xác điều khiển servo trục đơn,tỷ lệ ổn định, và mô-men xoắn ma sát thấp. |
Độ chính xác điều khiển liên kết hai trục,Trình ngang giữa trục,độ cứng khung động / tĩnh,Máy cắt ly servo hai kênh, avà mô hình lỗi phức tạp hơn và bù đắp. |
|
Phạm vi chính xác điển hình |
Độ chính xác điều khiển vị trí góc có thể đạtcấp độ giây cung(ví dụ, ± 2 giây cung)Sự ổn định tỷ lệ có thể đạt đến mức10−5. |
So với trục đơn trên cùngBảng giá, độ chính xác của mỗi trục độc lập của một trục képBảng tỷ lệ tương đương hoặc thấp hơn một chút. nhưng chtất cả đều nằm ở việc đạt đượcđộ chính xác tổng hợpvàPhản ứng động liên tục trong chuyển động đồng bộ hai trục. |
Sự khác biệt cơ bản giữa trục đơn và trục képtỷ lệCác bảng nằm trong các mức độ tự do (DOF) mà chúng có thể cung cấp, điều này trực tiếp xác định sự phức tạp kỹ thuật và giới hạn khả năng thử nghiệm của chúng.
Sự khác biệt chính:
Kích thước thử nghiệm: độc thân- trụctỷ lệbảng thực hiệnCác thử nghiệm tuyến tính một chiều, chẳng hạn như hiệu chỉnh hệ số quy mô, thiên vị bằng không và ngưỡng của một gyroscope theo một hướng. 2 trụctỷ lệbảng có thể thực hiệnCác thử nghiệm kết nối hai chiều,cho phép đánh giá các thông số hiệu suất phức tạp hơn như lỗi nối chéo và góc sai đường cài đặt khi các thiết bị quán tính di chuyển đồng thời theo hai hướng.
Hiệu suất động: Mặc dù cao cấp một trụcBảng giácó thể đạt được độ chính xác tĩnh cực cao và ổn định tốc độ trong một hướng, hai trụcBảng giácó thể mô phỏng thực tế hơn quỹ đạo thái độ năng động thông qua chuyển động can thiệp hai trục, sucĐiều này rất quan trọng đối với sự sắp xếp động và xác minh thuật toán của hệ thống định vị quán tính (INS).
Sự phức tạp của hệ thống tăng lênmột cách ấn tượng: một trục képBảng tỷ lệkhông chỉ đơn giản là một sự chồng chéo của hai trục đơntỷ lệCác khung bên trong và bên ngoài của nó phải chịu sự ghép nối quán tính và can thiệp biến dạng cấu trúc,và các thuật toán điều khiển cần phải giải quyết các vấn đề giải ly động của vòng tròn servo hai trụcKhó khăn kỹ thuật của thiết kế, sản xuất và hiệu chuẩn tăng theo cấp số nhân.
Sự lựa chọntỷ lệbảng được sử dụng phụ thuộc chủ yếu vào bản chất của các yêu cầu thử nghiệm của đối tượng được thử nghiệm.
Các kịch bản ứng dụng điển hình cho trục đơntỷ lệbảng:
Định chuẩn tham số thiết bị quán tính: Thực hiện các thử nghiệm hiệu suất cơ bản trênMáy quayvàcác máy đo tốc độ, chẳng hạn như đo tỷ lệ không tuyến tính của nhân tố mở rộng trong chế độ tốc độ chính xác, hoặc đo tỷ lệ thiên vị bằng cách sử dụng thành phần quay của Trái đất trong chế độ vị trí.
Kiểm tra động đơn mức độ tự do: Sử dụng mộtsmột bảng rung động góc, một rung động góc hình xoang có tần số cụ thểđược áp dụng cho thiết bị quán tính để kiểm tra đặc điểm phản ứng tần số động của nó.
Kiểm tra mô-đun chức năng cụ thể: kiểm tra hiệu suất quét trục duy nhất của ăng-ten radar, độ chính xác chỉ trục duy nhất của các thành phần quang học, vv
Đề xuất đo lường chính xác cao:Là góc tham chiếutrong thTrong lĩnh vực đo lường, nó cung cấp các tín hiệu biến động góc hoặc tốc độ góc tiêu chuẩn cho các thiết bị khác.
Các kịch bản ứng dụng điển hình của r hai trụcănbảng:
Kiểm tra hệ thống định vị quán tính (INS) và hệ thống tham chiếu thái độ và hướng (AHRS): Đây là ứng dụng cốt lõi của hai trụctỷ lệBàn.ủsự thay đổi thái độ hai chiều của máy bay, tên lửa, tàu, v.v., thái độĐộ chính xác tính toán, khả năng theo dõi động và thuật toán sắp xếp của toàn bộ hệ thống định vị được kiểm tra và xác minh.
Kiểm tra hệ thống theo dõi và nhắm mục tiêu bằng quang điện: Được sử dụng để kiểm tra thiết bị đòi hỏi chuyển động hai chiều, chẳng hạn như: Các pods quang điện, đầu cuối truyền thông laser và tải trọng trên tàu. một dutrụctỷ lệbảng có thể mô phỏng chuyển động tương đối của mục tiêu trong tầm nhìn, đánh giá độ chính xác theo dõi, ổn định và khả năng hiệu chuẩn đường ngắm của hệ thống.
Mô phỏng phần cứng trong vòng lặp (HIL): Trong việc phát triển vũ khí dẫn đường như tên lửa và máy bay không người lái, một trục képtỷ lệNó tạo thành một vòng lặp khép kín với máy tính mô phỏng để xác minh luật hướng dẫn và thuật toán chống tắc nghẽn.
Kiểm tra tính thích nghi với môi trường: Kết hợpvớiPhòng nhiệt độ, bảng rung động, vv, để tạo ra thử nghiệm tổng hợpCác hệ thống như "đồ quay nhiệt độ hai trục" để kiểm tra hiệu suất của các thiết bị hoặc hệ thống quán tính trong điều kiện nối thay đổi nhiệt độ và chuyển động vị trí.
So sánh chi phí vượt xa so với báo giá thiết bị; nó nên xem xét toàn diện CAPEX (chi phí đầu tư) và OPEX (chi phí hoạt động).
|
Cấu trúc chi phí |
Xét nghiệm quán tính một trụctỷ lệbảng |
Xét nghiệm quán tính hai trụctỷ lệbảng |
|
Chi phí mua |
Chi phí thấp hơn. Điều này là do cấu trúc cơ khí, các thành phần ổ đĩa và hệ thống điều khiển tương đối đơn giản.hai- trục răn bảng thường 2 đến 3 lần đắt hơn so với một trục đơntỷ lệ bàn, hoặc thậm chí nhiều hơn. |
Chi phí tăng lên là do: |
|
Thiết bị và cơ sở hạ tầng |
Các yêu cầu tương đối thấp. Các yêu cầu về rung động nền tảng và nền tảng lắp đặt tương đối thoải mái, và dấu chân nhỏ. |
Các yêu cầu rất nghiêm ngặt.Cần nền tảng cứng nhắc cao và cách ly rung caođể ức chế các rung động vi mô do chuyển động của nhiều khung hình, và dấu chân thường lớn hơn. |
|
Hệ thống điều khiển và tích hợp |
Hệ thống điều khiển là đơn giản, thường là một bộ điều khiển trục đơn chuyên dụng và tích hợp hệ thống là dễ dàng. |
Điều này đòi hỏiHệ thống điều khiển chuyên dụng chung hoặc nâng cao với sự phối hợp đa trục, và các thuật toán phần mềm rất phức tạpTích hợp với các hệ thống thử nghiệm cấp cao hơn (như trao đổi dữ liệu thời gian thực qua Ethernet hoặc mạng bộ nhớ phản xạ) thậm chí còn đòi hỏi nhiều hơn, làm tăng đáng kể chi phí tích hợp. |
|
Bảo trì và hiệu chuẩn |
Bảo trì đơn giản và hiệu chuẩn chủ yếu nhằm mục đích xác định vị trí và ổn định tốc độ của một hệ thống trục duy nhất. |
Bảo trì tương đối phức tạp, đòi hỏi kiểm tra và hiệu chuẩn thường xuyêncủa vị trí thẳng đứng trục,vị trí không hai trục, vàlỗi nối động. |
|
Sử dụng và tiêu thụ năng lượng |
Nó có mức tiêu thụ năng lượng thấp và chu kỳ đào tạo người vận hành ngắn. |
Nó tiêu thụ nhiều năng lượng (nhiều ổ đĩa), đòi hỏi kiến thức và kinh nghiệm lý thuyết cao từ các nhà điều hành và có chi phí đào tạo cao. |
Xét nghiệm quán tínhBảng giálà thiết bị thử nghiệm cốt lõi trong hàng không vũ trụ, sản xuất thiết bị cao cấp và đo lường chính xác, cung cấp các tham chiếu chuyển động góc chính xác và có thể điều khiển cho máy quay, máy tăng tốc,và hệ thống điều hướng quán tính. Chọn giữa trục đơn và trục képBảng tỷ lệkhông phải là một nâng cấp đơn giản của các thông số kỹ thuật, mà là một quyết định kỹ thuật có hệ thống dựa trên bản chất vật lý của thử nghiệm, các chỉ số kỹ thuật và tổng chi phí vòng đời.Bài viết này sẽ cung cấp một phân tích so sánh nghiêm ngặt và khoa học của hai từ ba chiều: nguyên tắc kỹ thuật, kịch bản ứng dụng và kinh tế.
|
Các kích thước so sánh |
Xét nghiệm quán tính một trụcBảng tỷ lệ |
Xét nghiệm quán tính hai trụcBảng tỷ lệ |
|
Mức tự do di chuyển |
Một mức độ tự do quay. Nó chỉ có thể quay xung quanh một trục cố định (thường làaximuth trục). |
Hai độ tự do xoay.aximuth) trục và trục dọc (phương độ) thẳng đứng với nhau, có thể mô phỏng sự thay đổi thái độ của một chiếc xe trong không gian hai chiều. |
|
Chức năng cốt lõi |
Cung cấp chính xác Vị trí góc trục đơn, tốc độ góc và gia tốc góctài liệu tham khảo. Chủ yếu sử dụng đểlà phản ứng của các thiết bị đối với đầu vào xoay tròn một trục. |
Nó cung cấp tư thế vị trí góc, tỷ lệ góc, và chuyển động tổng hợp tham chiếuetrong không gian hai chiềuNó có thể ngâmUalate chuyển động kết hợp như pitch-yaw hoặc roll-yaw. |
|
Cấu trúc cơ khí |
Cấu trúc tương đối đơn giản, thường bao gồm một bảng hình chữ "T" hoặc một hệ thống trục dọc, chỉ chứa một bộ trục, động cơ truyền động và cảm biến góc chính xác cao. |
Cấu trúc phức tạp, với dòng chính làmột khung hình U(U bên ngoài,Hai hệ thống trục được kết nối theo chuỗi, tạo ra các vấn đề về ghép nối giữa các khung và khớp quán tính tải. |
|
Các điểm kỹ thuật quan trọng |
Máy gia công trục chính xác cao, chính xác điều khiển servo trục đơn,tỷ lệ ổn định, và mô-men xoắn ma sát thấp. |
Độ chính xác điều khiển liên kết hai trục,Trình ngang giữa trục,độ cứng khung động / tĩnh,Máy cắt ly servo hai kênh, avà mô hình lỗi phức tạp hơn và bù đắp. |
|
Phạm vi chính xác điển hình |
Độ chính xác điều khiển vị trí góc có thể đạtcấp độ giây cung(ví dụ, ± 2 giây cung)Sự ổn định tỷ lệ có thể đạt đến mức10−5. |
So với trục đơn trên cùngBảng giá, độ chính xác của mỗi trục độc lập của một trục képBảng tỷ lệ tương đương hoặc thấp hơn một chút. nhưng chtất cả đều nằm ở việc đạt đượcđộ chính xác tổng hợpvàPhản ứng động liên tục trong chuyển động đồng bộ hai trục. |
Sự khác biệt cơ bản giữa trục đơn và trục képtỷ lệCác bảng nằm trong các mức độ tự do (DOF) mà chúng có thể cung cấp, điều này trực tiếp xác định sự phức tạp kỹ thuật và giới hạn khả năng thử nghiệm của chúng.
Sự khác biệt chính:
Kích thước thử nghiệm: độc thân- trụctỷ lệbảng thực hiệnCác thử nghiệm tuyến tính một chiều, chẳng hạn như hiệu chỉnh hệ số quy mô, thiên vị bằng không và ngưỡng của một gyroscope theo một hướng. 2 trụctỷ lệbảng có thể thực hiệnCác thử nghiệm kết nối hai chiều,cho phép đánh giá các thông số hiệu suất phức tạp hơn như lỗi nối chéo và góc sai đường cài đặt khi các thiết bị quán tính di chuyển đồng thời theo hai hướng.
Hiệu suất động: Mặc dù cao cấp một trụcBảng giácó thể đạt được độ chính xác tĩnh cực cao và ổn định tốc độ trong một hướng, hai trụcBảng giácó thể mô phỏng thực tế hơn quỹ đạo thái độ năng động thông qua chuyển động can thiệp hai trục, sucĐiều này rất quan trọng đối với sự sắp xếp động và xác minh thuật toán của hệ thống định vị quán tính (INS).
Sự phức tạp của hệ thống tăng lênmột cách ấn tượng: một trục képBảng tỷ lệkhông chỉ đơn giản là một sự chồng chéo của hai trục đơntỷ lệCác khung bên trong và bên ngoài của nó phải chịu sự ghép nối quán tính và can thiệp biến dạng cấu trúc,và các thuật toán điều khiển cần phải giải quyết các vấn đề giải ly động của vòng tròn servo hai trụcKhó khăn kỹ thuật của thiết kế, sản xuất và hiệu chuẩn tăng theo cấp số nhân.
Sự lựa chọntỷ lệbảng được sử dụng phụ thuộc chủ yếu vào bản chất của các yêu cầu thử nghiệm của đối tượng được thử nghiệm.
Các kịch bản ứng dụng điển hình cho trục đơntỷ lệbảng:
Định chuẩn tham số thiết bị quán tính: Thực hiện các thử nghiệm hiệu suất cơ bản trênMáy quayvàcác máy đo tốc độ, chẳng hạn như đo tỷ lệ không tuyến tính của nhân tố mở rộng trong chế độ tốc độ chính xác, hoặc đo tỷ lệ thiên vị bằng cách sử dụng thành phần quay của Trái đất trong chế độ vị trí.
Kiểm tra động đơn mức độ tự do: Sử dụng mộtsmột bảng rung động góc, một rung động góc hình xoang có tần số cụ thểđược áp dụng cho thiết bị quán tính để kiểm tra đặc điểm phản ứng tần số động của nó.
Kiểm tra mô-đun chức năng cụ thể: kiểm tra hiệu suất quét trục duy nhất của ăng-ten radar, độ chính xác chỉ trục duy nhất của các thành phần quang học, vv
Đề xuất đo lường chính xác cao:Là góc tham chiếutrong thTrong lĩnh vực đo lường, nó cung cấp các tín hiệu biến động góc hoặc tốc độ góc tiêu chuẩn cho các thiết bị khác.
Các kịch bản ứng dụng điển hình của r hai trụcănbảng:
Kiểm tra hệ thống định vị quán tính (INS) và hệ thống tham chiếu thái độ và hướng (AHRS): Đây là ứng dụng cốt lõi của hai trụctỷ lệBàn.ủsự thay đổi thái độ hai chiều của máy bay, tên lửa, tàu, v.v., thái độĐộ chính xác tính toán, khả năng theo dõi động và thuật toán sắp xếp của toàn bộ hệ thống định vị được kiểm tra và xác minh.
Kiểm tra hệ thống theo dõi và nhắm mục tiêu bằng quang điện: Được sử dụng để kiểm tra thiết bị đòi hỏi chuyển động hai chiều, chẳng hạn như: Các pods quang điện, đầu cuối truyền thông laser và tải trọng trên tàu. một dutrụctỷ lệbảng có thể mô phỏng chuyển động tương đối của mục tiêu trong tầm nhìn, đánh giá độ chính xác theo dõi, ổn định và khả năng hiệu chuẩn đường ngắm của hệ thống.
Mô phỏng phần cứng trong vòng lặp (HIL): Trong việc phát triển vũ khí dẫn đường như tên lửa và máy bay không người lái, một trục képtỷ lệNó tạo thành một vòng lặp khép kín với máy tính mô phỏng để xác minh luật hướng dẫn và thuật toán chống tắc nghẽn.
Kiểm tra tính thích nghi với môi trường: Kết hợpvớiPhòng nhiệt độ, bảng rung động, vv, để tạo ra thử nghiệm tổng hợpCác hệ thống như "đồ quay nhiệt độ hai trục" để kiểm tra hiệu suất của các thiết bị hoặc hệ thống quán tính trong điều kiện nối thay đổi nhiệt độ và chuyển động vị trí.
So sánh chi phí vượt xa so với báo giá thiết bị; nó nên xem xét toàn diện CAPEX (chi phí đầu tư) và OPEX (chi phí hoạt động).
|
Cấu trúc chi phí |
Xét nghiệm quán tính một trụctỷ lệbảng |
Xét nghiệm quán tính hai trụctỷ lệbảng |
|
Chi phí mua |
Chi phí thấp hơn. Điều này là do cấu trúc cơ khí, các thành phần ổ đĩa và hệ thống điều khiển tương đối đơn giản.hai- trục răn bảng thường 2 đến 3 lần đắt hơn so với một trục đơntỷ lệ bàn, hoặc thậm chí nhiều hơn. |
Chi phí tăng lên là do: |
|
Thiết bị và cơ sở hạ tầng |
Các yêu cầu tương đối thấp. Các yêu cầu về rung động nền tảng và nền tảng lắp đặt tương đối thoải mái, và dấu chân nhỏ. |
Các yêu cầu rất nghiêm ngặt.Cần nền tảng cứng nhắc cao và cách ly rung caođể ức chế các rung động vi mô do chuyển động của nhiều khung hình, và dấu chân thường lớn hơn. |
|
Hệ thống điều khiển và tích hợp |
Hệ thống điều khiển là đơn giản, thường là một bộ điều khiển trục đơn chuyên dụng và tích hợp hệ thống là dễ dàng. |
Điều này đòi hỏiHệ thống điều khiển chuyên dụng chung hoặc nâng cao với sự phối hợp đa trục, và các thuật toán phần mềm rất phức tạpTích hợp với các hệ thống thử nghiệm cấp cao hơn (như trao đổi dữ liệu thời gian thực qua Ethernet hoặc mạng bộ nhớ phản xạ) thậm chí còn đòi hỏi nhiều hơn, làm tăng đáng kể chi phí tích hợp. |
|
Bảo trì và hiệu chuẩn |
Bảo trì đơn giản và hiệu chuẩn chủ yếu nhằm mục đích xác định vị trí và ổn định tốc độ của một hệ thống trục duy nhất. |
Bảo trì tương đối phức tạp, đòi hỏi kiểm tra và hiệu chuẩn thường xuyêncủa vị trí thẳng đứng trục,vị trí không hai trục, vàlỗi nối động. |
|
Sử dụng và tiêu thụ năng lượng |
Nó có mức tiêu thụ năng lượng thấp và chu kỳ đào tạo người vận hành ngắn. |
Nó tiêu thụ nhiều năng lượng (nhiều ổ đĩa), đòi hỏi kiến thức và kinh nghiệm lý thuyết cao từ các nhà điều hành và có chi phí đào tạo cao. |