Στους τομείς της αδρανειακής πλοήγησης, προσομοίωσης στάσης αεροσκαφών, αεροδιαστημικής και κατασκευής εξοπλισμού υψηλής τεχνολογίας, οι αδρανειακές συσκευές (γυροσκόπια, επιταχυνσιόμετρα) και τα συστήματα που τις περιλαμβάνουν (IMUs, αδρανειακά συστήματα πλοήγησης) αποτελούν τον πυρήνα της ανίχνευσης κίνησης και θέσης. Η απόδοσή τους καθορίζει άμεσα την ακρίβεια και την αξιοπιστία ολόκληρου του συστήματος. Ένα μονοαξονικό αδρανειακό τραπέζι δοκιμών είναι μια απαραίτητη συσκευή αναφοράς υψηλής ακρίβειας για την αξιολόγηση, τη βαθμονόμηση και την τυποποίηση αυτών των «κέντρων νεύρων». Αυτό το άρθρο θα εμβαθύνει στις βασικές αρχές λειτουργίας και στους βασικούς δείκτες απόδοσής του, παρουσιάζοντας τη τεχνολογική του σημασία στους τομείς δοκιμών αιχμής.

I. Βασική Αρχή Λειτουργίας: Κατασκευή μιας «ιδανικής» αναφοράς κίνησης

Η ουσία ενός αδρανειακού τραπεζιού δοκιμών είναι να παρέχει ένα γνωστό, εξαιρετικά ακριβές και ελεγχόμενο περιβάλλον περιστροφικής κίνησης ενός βαθμού ελευθερίας για την αδρανειακή συσκευή υπό δοκιμή. Η τεχνολογική του υλοποίηση είναι το αποκορύφωμα της ενσωμάτωσης της μηχανικής ακριβείας, του σύγχρονου ελέγχου servo και της ανίχνευσης υψηλής ακρίβειας.

1. Σώμα μηχανικής ακριβείας: το φυσικό θεμέλιο της απόδοσης

Σύστημα άξονα ακριβείας: Υψηλής τεχνολογίας τραπέζιαγενικά χρησιμοποιούν ζεύγη ρουλεμάν γωνιακής επαφής για να ικανοποιήσουν τις απαιτήσεις ακριβούς αξονικής και ακτινικής τοποθέτησης , υψηλής ακαμψίας και υψηλής περιστροφικής ακρίβειας . Αυτό είναι το φυσικό υπόβαθρο για την επίτευξη σταθερότητας εξαιρετικά χαμηλής ταχύτητας και εξαιρετικά υψηλής θέσης ακρίβειας.

Τεχνολογία άμεσης κίνησης: Αυτή η τεχνολογία εξαλείφει τα παραδοσιακά εξαρτήματα μετάδοσης κίνησης γραναζιών και κοχλιών, χρησιμοποιώντας έναν κινητήρα υψηλής ροπής, πολικών για την άμεση κίνηση της πλατφόρμας. Τα πλεονεκτήματά του περιλαμβάνουν μηδενικό τζόγο, χαμηλή κυμάτωση ροπής και υψηλή δυναμική απόκριση, εξαλείφοντας πλήρως τα μη γραμμικά φαινόμενα των σφαλμάτων μετάδοσης και της ευκαμψίας.

Δομή υψηλής ακαμψίας και χαμηλής παραμόρφωσης: Η πλατφόρμα και η βάση είναι κατασκευασμένες από υλικά με χαμηλό συντελεστή θερμικής διαστολής και συμμετρικό σχεδιασμό ενίσχυσης για να εξασφαλίζεται η ελάχιστη γεωμετρική παραμόρφωση υπό διαφορετικά φορτία και θερμοκρασίες, διατηρώντας έτσι τη σταθερότητα του συστήματος άξονα.

2. Σύστημα μέτρησης γωνίας υψηλής ακρίβειας: τα «μάτια» του συστήματος

Το βασικό εξάρτημα είναι ένας κωδικοποιητής κυκλικού πλέγματος εξαιρετικά υψηλής ακρίβειας, με δεκάδες ή και εκατοντάδες χιλιάδες γραμμές. Μέσω πρισμάτων moiré ακριβείας και τεχνολογίας ηλεκτρονικής υποδιαίρεσης, επιτυγχάνει ανάλυση υπο-δευτερολέπτου ή και χιλιοδευτερολέπτου. Μετρά την απόλυτη θέση του τραπεζιού σε πραγματικό χρόνο και συνεχώς, σχηματίζοντας την πηγή ανατροφοδότησης για τον πλήρως κλειστού βρόχου έλεγχο. Η ακρίβειά του καθορίζει άμεσα την αναφορά τοποθέτησης του συστήματος.

3. Σύστημα ελέγχου servo υψηλής απόδοσης: ο «εγκέφαλος» και τα «νεύρα» του συστήματος

Αυτό είναι ένα σύστημα ελέγχου κλειστού βρόχου σε πραγματικό χρόνο που βασίζεται σε έναν επεξεργαστή ψηφιακού σήματος υψηλής ταχύτητας (DSP/FPGA). Λαμβάνει εντολές κίνησης (όπως θέση, ταχύτητα και ημιτονοειδή ταλάντωση) από τον κεντρικό υπολογιστή, τις συγκρίνει με τις πραγματικές τιμές από την ανατροφοδότηση του πλέγματος και υπολογίζει και εξάγει ποσότητες ελέγχου σε πραγματικό χρόνο χρησιμοποιώντας προηγμένους αλγορίθμους ελέγχου (όπως προσαρμοστικό PID, αντιστάθμιση προώθησης, παρατηρητή διαταραχών και φιλτράρισμα εγκοπής).

Αντιστάθμιση προώθησης: Προ-αντισταθμίζει την γνωστή αδράνεια και τριβή του συστήματος, βελτιώνοντας την ακρίβεια δυναμικής παρακολούθησης.

Φίλτρο εγκοπής: Καταστέλλει με ακρίβεια τις κορυφές μηχανικού συντονισμού, εξασφαλίζοντας τη σταθερότητα του συστήματος σε υψηλό εύρος ζώνης.

Το σήμα ελέγχου ενισχύεται από ένα servo driver υψηλής απόδοσης και  οδηγεί με ακρίβεια τον κινητήρα ροπής, σχηματίζοντας έναν ακριβή κλειστό βρόχο "εντολή-έλεγχος-κίνηση-εκτέλεση-ανατροφοδότηση-διόρθωση", επιτυγχάνοντας έτσι ομαλή και ακριβή κίνηση από εξαιρετικά χαμηλή ταχύτητα έως υψηλή ταχύτητα.

II. Ανάλυση Βασικών Δεικτών Απόδοσης: Ορισμός των Ορίων των Δυνατοτήτων Δοκιμών

Η αξιολόγηση της ποιότητας ενός μονοαξονικού αδρανειακού τραπεζιού δοκιμών απαιτεί εξέταση από πολλαπλές διαστάσεις, συμπεριλαμβανομένης της στατικής, της δυναμικής και της περιβαλλοντικής προσαρμοστικότητας. Οι ακόλουθοι δείκτες είναι βασικά κριτήρια για την επιλογή των μηχανικών και αντιπροσωπεύουν επίσης την τεχνολογική οροφή του κατασκευαστή.

1. Στατικοί δείκτες ακρίβειας: Μετρημένοι με «στατικά» πρότυπα.

Ακρίβεια τοποθέτησης: Η μέγιστη απόκλιση μεταξύ της διαταχθείσας θέσης και της πραγματικής θέσης διακοπής (μονάδα: δευτερόλεπτα τόξου″). Αντικατοπτρίζει περιεκτικά το σφάλμα του συστήματος άξονα, το σφάλμα πλέγματος και το σφάλμα σταθερής κατάστασης ελέγχου και είναι η ακρίβεια του «απόλυτου χάρακα» του τραπεζιού.

Ανάλυση θέσης: Το μικρότερο γωνιακό βήμα που μπορεί να αναγνωρίσει ή να εκτελέσει το σύστημα ελέγχου. Καθορίζει το κάτω όριο της ομαλότητας της κίνησης και είναι συνήθως υψηλότερο από την ακρίβεια τοποθέτησης (π.χ., μια ακρίβεια τοποθέτησης 2 ″ μπορεί να έχει ανάλυση 0,36 ″ ).

Σφάλμα περιστροφής άξονα: Αυτό περιλαμβάνει ακτινική/αξονική εκτροπή, αναφερόμενο στην μη ιδανική κίνηση του άξονα περιστροφής στο διάστημα. Τα τραπέζια υψηλής ακρίβειας μπορούν να επιτύχουν αυτήν την παράμετρο ±1″, η οποία είναι ζωτικής σημασίας για τη διασφάλιση της σταθερότητας της επιφάνειας του τραπεζιού.

2. Δείκτες δυναμικής απόδοσης: δοκιμή του χαρακτήρα της «κίνησης».

Εύρος γωνιακής ταχύτητας και σταθερότητα: Αυτοί είναι οι πιο κρίσιμοι και τεχνικά απαιτητικοί δείκτες.

Εύρος: Πρέπει να καλύπτει το ακραίο εύρος από κάτω από την ταχύτητα περιστροφής της Γης (0,001 ° /s) έως την ταχύτητα ελιγμών υψηλής ταχύτητας (±10

000 °/s).

Σταθερότητα ταχύτητας: Κατά τη διάρκεια λειτουργίας σταθερής ταχύτητας, η διακύμανση της στιγμιαίας ταχύτητας σε σχέση με τη μέση ταχύτητα εκφράζεται συνήθως ως σχετική τιμή (π.χ., 1×10⁻⁶). Καθορίζει άμεσα την «καθαρότητα» της εγχυμένης γωνιακής ταχύτητας στη δοκιμή βαθμονόμησης γυροσκοπίου και είναι ο απόλυτος δείκτης της ικανότητας του συστήματος servo του τραπεζιού να καταστέλλει τις διακυμάνσεις ροπής και τις διαταραχές τριβής.

Γωνιακή επιτάχυνση και εύρος ζώνης συστήματος:

Μέγιστη γωνιακή επιτάχυνση: καθορίζεται από τη μέγιστη ροπή του κινητήρα και τη συνολική αδράνεια του συστήματος, επηρεάζοντας την προσομοιωμένη ικανότητα ελιγμών υψηλής δυναμικής.

Εύρος ζώνης servo: Το ανώτερο όριο της συχνότητας (μονάδα: Hz) με την οποία το τραπέζι μπορεί να αναπαράγει με ακρίβεια εντολές ημιτονοειδούς κίνησης. Το υψηλό εύρος ζώνης σημαίνει ότι μπορεί να προσομοιώσει πιο ρεαλιστικά την υψηλής συχνότητας ταλάντωση στάσης ενός αεροσκάφους, η οποία είναι προϋπόθεση για τη δοκιμή των χαρακτηριστικών δυναμικής απόκρισης της συσκευής.

3. Δείκτες φορτίου και ευελιξίας

Χωρητικότητα φορτίου και αντιστοίχιση αδράνειας: Δεν αρκεί να επικεντρωθεί κανείς μόνο στη μέγιστη χωρητικότητα φορτίου. Ο βαθμός αντιστοίχισης μεταξύ της αδράνειας φορτίου και της αδράνειας του ρότορα του τραπεζιού είναι ζωτικής σημασίας. Ένα σωστό ταίριασμα είναι το κλειδί για τη διασφάλιση ότι η δυναμική απόδοση δεν θα επιδεινωθεί.

Διασύνδεση συγχρονισμού και επικοινωνίας: Υποστηρίζει υλικού συγχρονισμού PPS (παλμός ανά δευτερόλεπτο) και βιομηχανικό Ethernet σε πραγματικό χρόνο υψηλού εύρους ζώνης (όπως EtherCAT) για να εξασφαλίσει ακριβή συγχρονισμό μεταξύ της κίνησης του τραπεζιού και της χρονικής σήμανσης του εξωτερικού συστήματος απόκτησης δεδομένων. Αυτό είναι το θεμέλιο για τη διεξαγωγή σύνθετων πειραμάτων όπως η ολοκληρωμένη πλοήγηση και οι δοκιμές πολλαπλών αξόνων.

Σύνοψη: Επιλογή τεχνολογίας και υλοποίηση αξίας

Η επιλογή ενός αδρανειακού τραπεζιού δοκιμών δεν αφορά απλώς την επιδίωξη της υψηλότερης τιμής για έναν μόνο δείκτη, αλλά την πραγματοποίηση μιας ακριβούς αντιστοίχισης με βάση τα χαρακτηριστικά της συσκευής υπό δοκιμή (όπως οπτικά ινώδη γυροσκόπια, MEMS IMUs και γυροσκόπια λέιζερ) και την εργασία δοκιμής (βαθμονόμηση μηδενικής προκατάληψης, δοκιμή συντελεστή κλίμακας και προσομοίωση δυναμικού περιβάλλοντος).

Η δοκιμή γυροσκοπίων λέιζερ/γυροσκοπίων οπτικών ινών υψηλής ακρίβειας απαιτεί μια ακραία επιδίωξη σταθερότητας σε εξαιρετικά χαμηλές ταχύτητες και εξαιρετικά χαμηλή γωνιακή δόνηση.

Κατά τη δοκιμή MEMS IMUs ή ανιχνευτών τακτικού βαθμού, το υψηλό εύρος ζώνης, η υψηλή επιτάχυνση και η ικανότητα αναπαραγωγής σύνθετων τροχιών κίνησης έχουν μεγαλύτερη σημασία.

Ως βασικός εξοπλισμός μετρολογίας και δοκιμών στην ανάντη της βιομηχανικής αλυσίδας αδρανειακής τεχνολογίας, η απόδοση του αδρανειακού τραπεζιού δοκιμών επηρεάζει άμεσα την καθιέρωση και τις δυνατότητες επαλήθευσης της οροφής ακρίβειας των κατάντη συσκευών. Δεν είναι μόνο ένα κρύο κομμάτι εξοπλισμού, αλλά και ένας «τεχνίτης» και «φύλακας» που προωθεί την πρόοδο της αδρανειακής τεχνολογίας και διασφαλίζει την ακρίβεια του εξοπλισμού υψηλής τεχνολογίας της χώρας.Η Jiujiang Ruya Precision Technology Co., Ltd.