في مجالات الملاحة بالقصور الذاتي، ومحاكاة وضع الطائرات, والفضاء، وتصنيع المعدات المتطورة، تعتبر الأجهزة بالقصور الذاتي (الجيروسكوبات، ومقاييس التسارع) والأنظمة التي تتكون منها (وحدات القياس بالقصور الذاتي، وأنظمة الملاحة بالقصور الذاتي) هي جوهر استشعار الحركة والموقع. يحدد أداؤها بشكل مباشر دقة وموثوقية النظام بأكمله. يعتبر القرص الدوار للاختبار بالقصور الذاتي أحادي المحور جهازًا مرجعيًا عالي الدقة لا غنى عنه لتقييم هذه "مراكز الأعصاب" ومعايرتها وتوحيدها. ستتعمق هذه المقالة في مبادئ عملها الأساسية ومؤشرات الأداء الرئيسية، مع عرض أهميتها التكنولوجية في مجالات الاختبار المتطورة.
أولاً: مبدأ العمل الأساسي: بناء مرجع حركة "مثالي"
جوهر القرص الدوار للاختبار بالقصور الذاتي هو توفير بيئة حركة دورانية معروفة ودقيقة للغاية ويمكن التحكم فيها بدرجة حرية واحدة للجهاز بالقصور الذاتي قيد الاختبار. إن تحقيقها التكنولوجي هو تتويج لتكامل الميكانيكا الدقيقة، والتحكم المؤازر الحديث، والاستشعار عالي الدقة.
1. الهيكل الميكانيكي الدقيق: الأساس المادي للأداء
نظام العمود الدقيق: تستخدم الأقراص الدوارة المتطورة بشكل عام محامل كروية ذات تلامس زاوي لـ تلبية متطلبات تحديد المواقع المحورية والشعاعية الدقيقة , والصلابة العالية والدقة الدورانية العالية. هذا هو الأساس المادي لتحقيق استقرار السرعة المنخفضة للغاية ودقة
موضع عالية للغاية.
تقنية القيادة المباشرة: تزيل هذه التقنية مكونات نقل التروس والتروس الدودية التقليدية، باستخدام محرك عالي العزم ومتعدد الأقطاب لقيادة المنصة مباشرة. تشمل مزاياها عدم وجود رد فعل عنيف، وتموج عزم منخفض، واستجابة ديناميكية عالية، مما يلغي تمامًا التأثيرات غير الخطية لأخطاء الإرسال والمرونة.
هيكل عالي الصلابة ومنخفض التشوه: تصنع المنصة والقاعدة من مواد ذات معامل تمدد حراري منخفض وتصميم تعزيز متماثل لضمان الحد الأدنى من التشوه الهندسي في ظل الأحمال ودرجات الحرارة المختلفة، وبالتالي الحفاظ على استقرار نظام العمود.
2. نظام قياس الزاوية عالي الدقة: "عيون" النظام
المكون الأساسي هو مشفر شبكي دائري عالي الدقة للغاية، مع عشرات أو حتى مئات الآلاف من الخطوط. من خلال شرائط موير الدقيقة وتقنية التقسيم الفرعي الإلكتروني، فإنه يحقق دقة أقل من ثانية قوسية أو حتى جزء من الألف من الثانية القوسية. يقيس الموضع المطلق للقرص الدوار في الوقت الفعلي وباستمرار، مما يشكل مصدر التغذية الراجعة للتحكم في الحلقة المغلقة بالكامل. تحدد دقته بشكل مباشر مرجع تحديد موضع النظام.
3. نظام التحكم المؤازر عالي الأداء: "دماغ" و "أعصاب" النظام
هذا نظام تحكم في الوقت الفعلي في حلقة مغلقة يعتمد على معالج إشارة رقمية عالي السرعة (DSP/FPGA). يتلقى أوامر الحركة (مثل الموضع والسرعة والتأرجح الجيبي) من الكمبيوتر المضيف، ويقارنها بالقيم الفعلية من تغذية الشبكة، ويحسب ويخرج كميات التحكم في الوقت الفعلي باستخدام خوارزميات التحكم المتقدمة (مثل PID التكيفي، وتعويض التغذية الأمامية، ومراقب الاضطرابات، وتصفية الشق).
تعويض التغذية الأمامية: يعوض مسبقًا القصور الذاتي والاحتكاك المعروفين للنظام، مما يحسن دقة التتبع الديناميكي.
مرشح الشق: يمنع بدقة ذروات الرنين الميكانيكي، مما يضمن استقرار النظام في ظل نطاق ترددي عالٍ. يتم تضخيم إشارة التحكم بواسطة مشغل مؤازر عالي الأداء و يقود بدقة محرك العزم، مما يشكل حلقة مغلقة دقيقة من
"الأمر-التحكم-القيادة-التنفيذ-التغذية الراجعة-التصحيح"، وبالتالي تحقيق حركة سلسة ودقيقة من السرعة المنخفضة للغاية إلى السرعة العالية.
ثانياً: تحليل مؤشرات الأداء الرئيسية: تحديد حدود قدرات الاختبار
يتطلب تقييم جودة القرص الدوار للاختبار بالقصور الذاتي أحادي المحور النظر من أبعاد متعددة، بما في ذلك الثبات والديناميكية والقدرة على التكيف مع البيئة. المؤشرات التالية هي المعايير الأساسية لاختيار المهندسين وتمثل أيضًا السقف التكنولوجي للشركة المصنعة.
1. مؤشرات الدقة الثابتة: تقاس بمعايير "ثابتة".
دقة تحديد المواقع: أقصى انحراف بين الموضع المطلوب والموضع الفعلي للتوقف (الوحدة: ثواني قوسية″). يعكس بشكل شامل خطأ نظام العمود، وخطأ الشبكة، وخطأ الحالة الثابتة للتحكم، وهو دقة "المسطرة المطلقة" للقرص الدوار.دقة الموضع: أصغر زيادة زاوية يمكن لنظام التحكم التعرف عليها أو تنفيذها. تحدد الحد الأدنى لنعومة الحركة وعادة ما تكون أعلى من دقة تحديد المواقع (على سبيل المثال، يمكن أن تبلغ دقة تحديد المواقع 2 ″ دقة 0.36 ″
).
خطأ دوران العمود: يتضمن هذا التذبذب الشعاعي/المحوري، في إشارة إلى الحركة غير المثالية لمحور الدوران في الفضاء. يمكن للأقراص الدوارة عالية الدقة تحقيق هذه المعلمة من ±1″، وهو أمر بالغ الأهمية لضمان بقاء سطح الطاولة ثابتًا.
2. مؤشرات الأداء الديناميكي: اختبار طبيعة "الحركة".
نطاق المعدل الزاوي والاستقرار: هذه هي المؤشرات الأكثر أهمية وتحديًا من الناحية الفنية.النطاق: يجب أن يغطي النطاق الأقصى من أقل من معدل دوران الأرض (0.001 ° /s) إلى معدل المناورة عالي السرعة (±10
000 °/s).
استقرار المعدل: أثناء التشغيل بسرعة ثابتة، غالبًا ما يتم التعبير عن تقلب المعدل اللحظي بالنسبة للمعدل المتوسط كقيمة نسبية (على سبيل المثال، 1×10⁻⁶). يحدد بشكل مباشر "نقاء" المعدل الزاوي المحقون في اختبار معايرة الجيروسكوب وهو المؤشر النهائي لقدرة نظام المؤازرة للقرص الدوار على قمع تقلبات العزم والاضطرابات الاحتكاكية.
التسارع الزاوي والنطاق الترددي للنظام:
أقصى تسارع زاوي: يحدده عزم الذروة للمحرك والقصور الذاتي الكلي للنظام، مما يؤثر على القدرة على المناورة الديناميكية العالية المحاكاة.
النطاق الترددي للمؤازرة: الحد الأعلى للتردد (الوحدة: هرتز) الذي يمكن للقرص الدوار من خلاله إعادة إنتاج أوامر الحركة الجيبية بدقة. يعني النطاق الترددي العالي أنه يمكنه محاكاة اهتزاز الموقف عالي التردد للطائرة بشكل أكثر واقعية، وهو شرط أساسي لاختبار خصائص الاستجابة الديناميكية للجهاز.
3. مؤشرات الحمل والتنوع
سعة التحميل ومطابقة القصور الذاتي: لا يكفي التركيز فقط على أقصى سعة تحميل؛ درجة المطابقة بين القصور الذاتي للحمل والقصور الذاتي للدوار للقرص الدوار أمر بالغ الأهمية. تعد المطابقة الصحيحة أمرًا أساسيًا لضمان عدم تدهور الأداء الديناميكي.
واجهة المزامنة والاتصال: تدعم مزامنة الأجهزة PPS (نبضة في الثانية) وشبكة إيثرنت صناعية في الوقت الفعلي ذات نطاق ترددي عالٍ (مثل EtherCAT) لضمان المزامنة الدقيقة بين حركة القرص الدوار والطابع الزمني لنظام اكتساب البيانات الخارجي. هذا هو الأساس لإجراء تجارب معقدة مثل الملاحة المتكاملة والاختبار متعدد المحاور.
ملخص: اختيار التكنولوجيا وتحقيق القيمة
لا يتعلق اختيار القرص الدوار للاختبار بالقصور الذاتي ببساطة بالسعي لتحقيق أعلى قيمة لمؤشر واحد، ولكن يتعلق بإجراء تطابق دقيق بناءً على خصائص الجهاز قيد الاختبار (مثل الجيروسكوبات الليفية الضوئية، ووحدات القياس بالقصور الذاتي MEMS، والجيروسكوبات الليزرية) ومهمة الاختبار (معايرة الإزاحة الصفرية، واختبار عامل المقياس، ومحاكاة البيئة الديناميكية).
يتطلب اختبار الجيروسكوبات الليزرية/الجيروسكوبات الليفية الضوئية عالية الدقة سعيًا شديدًا لتحقيق الاستقرار بسرعات منخفضة للغاية واهتزاز زاوي منخفض للغاية.
عند اختبار وحدات القياس بالقصور الذاتي MEMS أو الباحثين من الدرجة التكتيكية، يكون النطاق الترددي العالي والتسارع العالي والقدرة على إعادة إنتاج مسارات الحركة المعقدة ذات أهمية أكبر.
بصفتها معدات قياس واختبار رئيسية في المنبع من سلسلة صناعة تكنولوجيا القصور الذاتي، يؤثر أداء القرص الدوار للاختبار بالقصور الذاتي بشكل مباشر على قدرات التأسيس والتحقق من سقف الدقة للأجهزة الموجودة في المصب. إنه ليس مجرد قطعة معدات باردة، ولكنه أيضًا "حرفي" و "حارس بوابة" يعزز تقدم تكنولوجيا القصور الذاتي ويضمن دقة المعدات المتطورة في البلاد.تتخصص شركة Jiujiang Ruya Precision Technology Co., Ltd.
في مجالات الملاحة بالقصور الذاتي، ومحاكاة وضع الطائرات, والفضاء، وتصنيع المعدات المتطورة، تعتبر الأجهزة بالقصور الذاتي (الجيروسكوبات، ومقاييس التسارع) والأنظمة التي تتكون منها (وحدات القياس بالقصور الذاتي، وأنظمة الملاحة بالقصور الذاتي) هي جوهر استشعار الحركة والموقع. يحدد أداؤها بشكل مباشر دقة وموثوقية النظام بأكمله. يعتبر القرص الدوار للاختبار بالقصور الذاتي أحادي المحور جهازًا مرجعيًا عالي الدقة لا غنى عنه لتقييم هذه "مراكز الأعصاب" ومعايرتها وتوحيدها. ستتعمق هذه المقالة في مبادئ عملها الأساسية ومؤشرات الأداء الرئيسية، مع عرض أهميتها التكنولوجية في مجالات الاختبار المتطورة.
أولاً: مبدأ العمل الأساسي: بناء مرجع حركة "مثالي"
جوهر القرص الدوار للاختبار بالقصور الذاتي هو توفير بيئة حركة دورانية معروفة ودقيقة للغاية ويمكن التحكم فيها بدرجة حرية واحدة للجهاز بالقصور الذاتي قيد الاختبار. إن تحقيقها التكنولوجي هو تتويج لتكامل الميكانيكا الدقيقة، والتحكم المؤازر الحديث، والاستشعار عالي الدقة.
1. الهيكل الميكانيكي الدقيق: الأساس المادي للأداء
نظام العمود الدقيق: تستخدم الأقراص الدوارة المتطورة بشكل عام محامل كروية ذات تلامس زاوي لـ تلبية متطلبات تحديد المواقع المحورية والشعاعية الدقيقة , والصلابة العالية والدقة الدورانية العالية. هذا هو الأساس المادي لتحقيق استقرار السرعة المنخفضة للغاية ودقة
موضع عالية للغاية.
تقنية القيادة المباشرة: تزيل هذه التقنية مكونات نقل التروس والتروس الدودية التقليدية، باستخدام محرك عالي العزم ومتعدد الأقطاب لقيادة المنصة مباشرة. تشمل مزاياها عدم وجود رد فعل عنيف، وتموج عزم منخفض، واستجابة ديناميكية عالية، مما يلغي تمامًا التأثيرات غير الخطية لأخطاء الإرسال والمرونة.
هيكل عالي الصلابة ومنخفض التشوه: تصنع المنصة والقاعدة من مواد ذات معامل تمدد حراري منخفض وتصميم تعزيز متماثل لضمان الحد الأدنى من التشوه الهندسي في ظل الأحمال ودرجات الحرارة المختلفة، وبالتالي الحفاظ على استقرار نظام العمود.
2. نظام قياس الزاوية عالي الدقة: "عيون" النظام
المكون الأساسي هو مشفر شبكي دائري عالي الدقة للغاية، مع عشرات أو حتى مئات الآلاف من الخطوط. من خلال شرائط موير الدقيقة وتقنية التقسيم الفرعي الإلكتروني، فإنه يحقق دقة أقل من ثانية قوسية أو حتى جزء من الألف من الثانية القوسية. يقيس الموضع المطلق للقرص الدوار في الوقت الفعلي وباستمرار، مما يشكل مصدر التغذية الراجعة للتحكم في الحلقة المغلقة بالكامل. تحدد دقته بشكل مباشر مرجع تحديد موضع النظام.
3. نظام التحكم المؤازر عالي الأداء: "دماغ" و "أعصاب" النظام
هذا نظام تحكم في الوقت الفعلي في حلقة مغلقة يعتمد على معالج إشارة رقمية عالي السرعة (DSP/FPGA). يتلقى أوامر الحركة (مثل الموضع والسرعة والتأرجح الجيبي) من الكمبيوتر المضيف، ويقارنها بالقيم الفعلية من تغذية الشبكة، ويحسب ويخرج كميات التحكم في الوقت الفعلي باستخدام خوارزميات التحكم المتقدمة (مثل PID التكيفي، وتعويض التغذية الأمامية، ومراقب الاضطرابات، وتصفية الشق).
تعويض التغذية الأمامية: يعوض مسبقًا القصور الذاتي والاحتكاك المعروفين للنظام، مما يحسن دقة التتبع الديناميكي.
مرشح الشق: يمنع بدقة ذروات الرنين الميكانيكي، مما يضمن استقرار النظام في ظل نطاق ترددي عالٍ. يتم تضخيم إشارة التحكم بواسطة مشغل مؤازر عالي الأداء و يقود بدقة محرك العزم، مما يشكل حلقة مغلقة دقيقة من
"الأمر-التحكم-القيادة-التنفيذ-التغذية الراجعة-التصحيح"، وبالتالي تحقيق حركة سلسة ودقيقة من السرعة المنخفضة للغاية إلى السرعة العالية.
ثانياً: تحليل مؤشرات الأداء الرئيسية: تحديد حدود قدرات الاختبار
يتطلب تقييم جودة القرص الدوار للاختبار بالقصور الذاتي أحادي المحور النظر من أبعاد متعددة، بما في ذلك الثبات والديناميكية والقدرة على التكيف مع البيئة. المؤشرات التالية هي المعايير الأساسية لاختيار المهندسين وتمثل أيضًا السقف التكنولوجي للشركة المصنعة.
1. مؤشرات الدقة الثابتة: تقاس بمعايير "ثابتة".
دقة تحديد المواقع: أقصى انحراف بين الموضع المطلوب والموضع الفعلي للتوقف (الوحدة: ثواني قوسية″). يعكس بشكل شامل خطأ نظام العمود، وخطأ الشبكة، وخطأ الحالة الثابتة للتحكم، وهو دقة "المسطرة المطلقة" للقرص الدوار.دقة الموضع: أصغر زيادة زاوية يمكن لنظام التحكم التعرف عليها أو تنفيذها. تحدد الحد الأدنى لنعومة الحركة وعادة ما تكون أعلى من دقة تحديد المواقع (على سبيل المثال، يمكن أن تبلغ دقة تحديد المواقع 2 ″ دقة 0.36 ″
).
خطأ دوران العمود: يتضمن هذا التذبذب الشعاعي/المحوري، في إشارة إلى الحركة غير المثالية لمحور الدوران في الفضاء. يمكن للأقراص الدوارة عالية الدقة تحقيق هذه المعلمة من ±1″، وهو أمر بالغ الأهمية لضمان بقاء سطح الطاولة ثابتًا.
2. مؤشرات الأداء الديناميكي: اختبار طبيعة "الحركة".
نطاق المعدل الزاوي والاستقرار: هذه هي المؤشرات الأكثر أهمية وتحديًا من الناحية الفنية.النطاق: يجب أن يغطي النطاق الأقصى من أقل من معدل دوران الأرض (0.001 ° /s) إلى معدل المناورة عالي السرعة (±10
000 °/s).
استقرار المعدل: أثناء التشغيل بسرعة ثابتة، غالبًا ما يتم التعبير عن تقلب المعدل اللحظي بالنسبة للمعدل المتوسط كقيمة نسبية (على سبيل المثال، 1×10⁻⁶). يحدد بشكل مباشر "نقاء" المعدل الزاوي المحقون في اختبار معايرة الجيروسكوب وهو المؤشر النهائي لقدرة نظام المؤازرة للقرص الدوار على قمع تقلبات العزم والاضطرابات الاحتكاكية.
التسارع الزاوي والنطاق الترددي للنظام:
أقصى تسارع زاوي: يحدده عزم الذروة للمحرك والقصور الذاتي الكلي للنظام، مما يؤثر على القدرة على المناورة الديناميكية العالية المحاكاة.
النطاق الترددي للمؤازرة: الحد الأعلى للتردد (الوحدة: هرتز) الذي يمكن للقرص الدوار من خلاله إعادة إنتاج أوامر الحركة الجيبية بدقة. يعني النطاق الترددي العالي أنه يمكنه محاكاة اهتزاز الموقف عالي التردد للطائرة بشكل أكثر واقعية، وهو شرط أساسي لاختبار خصائص الاستجابة الديناميكية للجهاز.
3. مؤشرات الحمل والتنوع
سعة التحميل ومطابقة القصور الذاتي: لا يكفي التركيز فقط على أقصى سعة تحميل؛ درجة المطابقة بين القصور الذاتي للحمل والقصور الذاتي للدوار للقرص الدوار أمر بالغ الأهمية. تعد المطابقة الصحيحة أمرًا أساسيًا لضمان عدم تدهور الأداء الديناميكي.
واجهة المزامنة والاتصال: تدعم مزامنة الأجهزة PPS (نبضة في الثانية) وشبكة إيثرنت صناعية في الوقت الفعلي ذات نطاق ترددي عالٍ (مثل EtherCAT) لضمان المزامنة الدقيقة بين حركة القرص الدوار والطابع الزمني لنظام اكتساب البيانات الخارجي. هذا هو الأساس لإجراء تجارب معقدة مثل الملاحة المتكاملة والاختبار متعدد المحاور.
ملخص: اختيار التكنولوجيا وتحقيق القيمة
لا يتعلق اختيار القرص الدوار للاختبار بالقصور الذاتي ببساطة بالسعي لتحقيق أعلى قيمة لمؤشر واحد، ولكن يتعلق بإجراء تطابق دقيق بناءً على خصائص الجهاز قيد الاختبار (مثل الجيروسكوبات الليفية الضوئية، ووحدات القياس بالقصور الذاتي MEMS، والجيروسكوبات الليزرية) ومهمة الاختبار (معايرة الإزاحة الصفرية، واختبار عامل المقياس، ومحاكاة البيئة الديناميكية).
يتطلب اختبار الجيروسكوبات الليزرية/الجيروسكوبات الليفية الضوئية عالية الدقة سعيًا شديدًا لتحقيق الاستقرار بسرعات منخفضة للغاية واهتزاز زاوي منخفض للغاية.
عند اختبار وحدات القياس بالقصور الذاتي MEMS أو الباحثين من الدرجة التكتيكية، يكون النطاق الترددي العالي والتسارع العالي والقدرة على إعادة إنتاج مسارات الحركة المعقدة ذات أهمية أكبر.
بصفتها معدات قياس واختبار رئيسية في المنبع من سلسلة صناعة تكنولوجيا القصور الذاتي، يؤثر أداء القرص الدوار للاختبار بالقصور الذاتي بشكل مباشر على قدرات التأسيس والتحقق من سقف الدقة للأجهزة الموجودة في المصب. إنه ليس مجرد قطعة معدات باردة، ولكنه أيضًا "حرفي" و "حارس بوابة" يعزز تقدم تكنولوجيا القصور الذاتي ويضمن دقة المعدات المتطورة في البلاد.تتخصص شركة Jiujiang Ruya Precision Technology Co., Ltd.
