RU2075042C1

RU2075042C1 - Device testing angular velocity transducers

Info

Publication number: RU2075042C1
Application number: RU93026274A
Authority: RU
Inventors: Л.Я. Калихман; Д.М. Калихман; В.И. Улыбин; А.Я. Сновалев; Ю.С. Чурилин
Original assignee: Производственное объединение "Корпус"
Priority date: 1993-05-11
Filing date: 1993-05-11
Publication date: 1997-03-10

Abstract

FIELD: measurement technology. SUBSTANCE: device testing angular velocity transducers has body, cross-piece placed into it and carrying instrument angular velocity transducer which sensitivity axis is matched with rotation axis of cross-piece, angle and moment transducers connected through feedback amplifier are located along its output axis. Device is fitted with platform put on rotation axis of cross-piece and designed to position tested angular velocity transducer with gyromotor, amplifier of stabilization system with adder, photoelectric pickup and D.C. contactless motor which mobile parts are fixed on axis of cross piece, matching unit, calculator of technical characteristics of angular velocity transducer and information conversion unit. Platform is made of two parts of cylindrical shape with circular bores in which rubber ring is placed. Axial rigidity of two parts of platform with rubber ring put between them is chosen from relation

, where n is number of revolutions per minute of rotor of gyromotor of tested angular velocity transducer, m is mass of platform. Matching unit is fabricated in the form of resistor which leads are connected to output of feedback amplifier of instrument angular velocity transducer and to second input of adder. Value of resistance R_aR is chosen from relation

where K_mt, H₁ are steepness of characteristic of moment transducer of instrument angular velocity transducer and kinetic moment of angular velocity transducer; W_st is gain factor of output circuit of amplifier if stabilization system; [ΔM_α], [Δω_α] are permissible instability of moment of resistance along rotation axis of bed and permissible instability of preset angular velocity. EFFECT: enhanced testing efficiency. 3 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к средствам контроля датчиков угловых скоростей (ДУС). The invention relates to measuring equipment, namely to means for monitoring angular velocity sensors (DOS).

Известен стенд для контроля датчиков угловых скоростей, который содержит основание, имеющее возможность вращаться вокруг оси стенда, предназначенное для закрепления на нем датчика угловой скорости, подлежащего контролю, имеющего датчик угла, датчик момента, соединенные через усилитель обратной связи, электродвигатель привода стенда, коллектор для подвода питания к контролируемому датчику угловой скорости, информационный датчик угла, выполненный в виде нуля-контакта, закрепленного на оси вращения стенда, и измерительную систему. A known stand for monitoring angular velocity sensors, which contains a base having the ability to rotate around the axis of the stand, designed to fix on it an angular velocity sensor to be controlled, having an angle sensor, a torque sensor connected through a feedback amplifier, a stand drive motor, a collector for power supply to the controlled angular velocity sensor, an information angle sensor made in the form of a zero-contact mounted on the axis of rotation of the stand, and a measuring system.

Известный стенд имеет следующие недостатки:
недостаточная точность контроля масштабного коэффициента прецизионных ДУС вследствие погрешности и нестабильности задания стендом постоянной по величине и направлению угловой скорости;
низкая чувствительность стенда, т.е. невозможность точного задания малых угловых скоростей (0,01-0,1) ^o/c при аттестации прецизионных ДУС по масштабному коэффициенту;
возможность измерения масштабного коэффициента только при задании целого числа оборотов основания, т. е. по отношению к среднему значению угловой скорости; при измерении масштабного коэффициента ДУС на части оборота основания нестабильность задаваемой угловой скорости вносит большие погрешности в результаты измерения, а необходимость задания целого числа оборотов существенно удлиняет время контроля, особенно на малых скоростях;
невозможность задания от стенда гармонических колебаний вокруг оси чувствительности ДУС для контроля АЧХ, ФЧХ.Famous booth has the following disadvantages:
insufficient accuracy of control of the scale factor of precision TLS due to the error and instability of setting the stand to a constant angular velocity in magnitude and direction;
low sensitivity of the stand, i.e. the impossibility of accurately setting small angular velocities (0.01-0.1) ^o / c during the certification of precision TLS by the scale factor;
the ability to measure the scale factor only when setting an integer number of rotations of the base, i.e., with respect to the average value of the angular velocity; when measuring the SCS coefficient on a part of the base revolution, the instability of the specified angular velocity introduces large errors in the measurement results, and the need to specify an integer number of revolutions significantly lengthens the monitoring time, especially at low speeds;
the impossibility of setting harmonic oscillations from the stand around the sensitivity axis of the TLS to control the frequency response, phase response.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей стенда при обеспечении высокой точности задания угловых скоростей. The aim of the invention is to expand the functionality of the stand while ensuring high accuracy angular velocity.

Поставленная цель достигается посредством того, что в устройство для контроля датчиков угловых скоростей, содержащее корпус, траверсу, закрепленную в корпусе с возможностью вращения, расположенный на траверсе измерительный датчик угловой скорости, ось чувствительности которого совмещена с осью вращения траверсы, а по его выходной оси расположены датчики угла и момента, соединенные через усилитель обратной связи, электродвигатель постоянного тока, источник калиброванного напряжения, введены платформа, закрепленная на оси вращения траверсы и предназначенная для размещения на ней контролируемого датчика угловой скорости с гиромотором, усилитель системы стабилизации с сумматором, входящим в его состав, фотоэлектрический муаровый датчик угла, интерполятор фазовый, блок преобразования информации фотоэлектрического датчика угла, соединенные последовательно, и блок преобразования информации контролируемого датчика угловой скорости (ДУС), выполненный в двух вариантах: для контроля ДУС без электрической обратной связи в виде аналого-цифрового преобразователя,для контроля ДУС с электрической обратной связью в виде усилителя обратной связи контролируемого ДУС и частотно-импульсного модулятора, содержащего блок опорных напряжений, блок синхрочастот и блок преобразования информации, введены также согласующее устройство цепи управления электродвигателем постоянного тока, вычислитель технических характеристик контролируемого ДУС, согласующее устройство ввода информации в вычислитель, электродвигатель постоянного тока при этом выполнен бесконтактным, фотоэлектрический муаровый датчик расположен на измерительной оси устройства, причем первый вход сумматора соединен с выходом согласующего устройства цепи управления электродвигателем, вход которого соединен с выходом усилителя обратной связи измерительного датчика угловой скорости, второй вход сумматора соединен с выходом источника калиброванного напряжения, первый, второй и третий выходы усилителя стабилизации соединены с первым, вторым и третьим входами электродвигателя постоянного тока, первый и второй выходы которого соединены со вторым и третьим входами усилителя стабилизации, а первый вход усилителя стабилизации соединен с выходом сумматора, вход аналого-цифрового преобразователя предназначен для соединения с выходом датчика угла контролируемого датчика угловой скорости, при этом первый вход согласующего устройства ввода информации в ЭВМ соединен с выходом блока преобразования информации фотоэлектрического датчика угла, а второй вход того же согласующего устройства предназначен для соединения с выходом аналого-цифрового преобразователя или с выходом частотно-импульсного модулятора блока преобразования информации контролируемого ДУС, а выход согласующего устройства соединен с входом вычислителя, при этом первый вход блока преобразования информации контролируемого датчика угла предназначен для соединения с выходом усилителя обратной связи, через который соединены датчики угла и момента контролируемого датчика угловой скорости, второй и третий входы соединены с выходами блока опорных напряжений и блока и синхрочастот соответственно. Платформа выполнена в виде двух частей цилиндрической формы с кольцевыми расточками, в которых установлено вновь введенное резиновое кольцо, а осевая жесткость двух частей платформы с резиновым кольцом между ними выбрана из соотношения

где n число оборотов в минуту ротора гиромотора контролируемого ДУС;
m масса платформы.The goal is achieved by the fact that in the device for monitoring the angular velocity sensors, comprising a housing, a traverse, mounted in the housing rotatably, located on the traverse, an angular velocity sensor, the sensitivity axis of which is aligned with the axis of rotation of the traverse, and located on its output axis angle and torque sensors connected through a feedback amplifier, a direct current electric motor, a calibrated voltage source, a platform mounted on the axis of rotation of the tra versions and designed to accommodate a controlled angular velocity sensor with a gyromotor on it, an stabilization system amplifier with an adder included in it, a photoelectric moire angle sensor, a phase interpolator, a photoelectric angle sensor information conversion unit connected in series, and a controlled angle sensor information conversion unit speed (TLS), made in two versions: for monitoring the TLS without electrical feedback in the form of an analog-to-digital converter, for the control For DCS with electric feedback in the form of a feedback amplifier of a controlled DCS and a pulse-frequency modulator containing a reference voltage unit, a clock frequency block and an information conversion unit, a matching device for the DC motor control circuit, a computer for the technical characteristics of the controlled DCS, a matching input device are also introduced information to the computer, the DC motor is non-contact, the photo-electric moire sensor is located on the measuring axis of the device, the first input of the adder connected to the output of the matching device of the motor control circuit, the input of which is connected to the output of the feedback amplifier of the angular velocity sensor, the second input of the adder is connected to the output of the calibrated voltage source, the first, second and third outputs of the stabilization amplifier are connected to the first, second and third inputs of the DC motor, the first and second outputs of which are connected to the second and third inputs of the stabilizer a, and the first input of the stabilization amplifier is connected to the output of the adder, the input of the analog-to-digital converter is designed to connect to the output of the angle sensor of the controlled sensor of angular velocity, while the first input of the matching information input device in the computer is connected to the output of the information conversion unit of the photoelectric angle sensor, and the second input of the same matching device is designed to connect to the output of the analog-to-digital converter or to the output of the pulse-frequency modulator of the conversion unit information of the controlled CRS, and the output of the matching device is connected to the input of the calculator, while the first input of the information conversion unit of the controlled angle sensor is designed to connect to the output of the feedback amplifier, through which the angle and moment sensors of the controlled angular velocity sensor are connected, the second and third inputs are connected with the outputs of the reference voltage block and the block and clock frequency, respectively. The platform is made in the form of two cylindrical parts with annular bores in which a newly introduced rubber ring is installed, and the axial rigidity of the two parts of the platform with a rubber ring between them is selected from the ratio

where n is the number of revolutions per minute of the rotor of the gyromotor controlled by the CRS;
m is the mass of the platform.

Согласующее устройство в цепи управления электродвигателем постоянного тока выполнено в виде резистора, величина сопротивления R_cу которого выбрана из соотношения

где К_дм1, H₁ крутизна характеристики датчика момента измерительного датчика угловой скорости и кинетический момента этого ДУС (гсм/мА, гсмс);
W_ст коэффициент передачи выходной цепи усилителя системы стабилизации (гсм/мВ);
[ΔM_α], [Δω_α]- допустимая нестабильность момента сопротивления по оси вращения траверсы стенда и задаваемой угловой скорости (гсм, I/c).The matching device in the DC motor control circuit is made in the form of a resistor, the resistance value R _{cu of} which is selected from the relation

where K _dm1 , H _{1 the} steepness of the characteristic of the moment sensor of the measuring sensor of angular velocity and the kinetic moment of this TLS (gsm / mA, gms);
W _st the transfer coefficient of the output circuit of the amplifier of the stabilization system (gsm / mV);
[ΔM _α ], [Δω _α ] is the permissible instability of the moment of resistance along the axis of rotation of the stand beam and the specified angular velocity (gsm, I / c).

Совокупность существенных признаков, характеризующих заявляемое техническое решение, позволяет достигнуть технический результат, заключающийся в следующем:
чувствительность предлагаемого устройства, т.е. минимальная угловая скорость, которую можно задать при проверке масштабного коэффициента контролируемого ДУС, определяется не моментами трения на оси вращения стенда и коэффициентом трения в редукции, как это имеет место в прототипе, а моментами сопротивления на оси прецессии контролируемого ДУС, т.е. величиной на несколько порядков меньшей, чем в прототипе.The set of essential features characterizing the claimed technical solution allows to achieve a technical result, which consists in the following:
the sensitivity of the proposed device, i.e. the minimum angular velocity that can be set when checking the scale factor of the controlled TLS is determined not by the friction moments on the axis of rotation of the stand and the friction coefficient in reduction, as is the case in the prototype, but by the moments of resistance on the precession axis of the controlled TLS, i.e. a value several orders of magnitude smaller than in the prototype.

повышение точности и стабильности задаваемой угловой скорости обеспечивается за счет наличия в предлагаемом техническом решении:
двухконтурной системы управления, что позволяет за счет одного контура (система обратной связи измерительного ДУС) обеспечить устойчивость системы, повысив при этом во втором контуре (из условий достижения необходимой точности и стабильности задаваемой угловой скорости) коэффициент усиления усилителя стабилизации, управляющего бесконтактным двигателем постоянного тока;
использование фотоэлектрического муаровогодатчика угла в качестве информационного датчика устройства обеспечивает высокоточное измерение задаваемой угловой скорости, что определяет точностные характеристики стенда;
возможность контроля АХЧ и ФХЧ на устройстве, т.е. расширение функциональных возможностей, обеспечивается безредукторным исполнением привода.improving the accuracy and stability of the specified angular velocity is ensured by the presence in the proposed technical solution:
a dual-loop control system, which allows for the stability of the system due to one loop (the feedback system of the measuring TLS), while increasing the gain of the stabilization amplifier controlling the non-contact DC motor in the second loop (in order to achieve the required accuracy and stability of the specified angular velocity);
the use of a photoelectric angle fly detector as an information sensor of the device provides high-precision measurement of a given angular velocity, which determines the accuracy characteristics of the bench;
the ability to control AHF and FHC on the device, i.e. expansion of functionality is provided by gearless drive design.

Предлагаемое устройство позволяет производить измерение масштабного коэффициента ДУС при повороте оси стенда на любой угол (значительно меньший оборота), что сокращает время испытаний, без снижения точности контроля, как это имело место в прототипе. Это обеспечивается за счет соединения выхода усилителя обратной связи измерительного ДУС с первым входом сумматора, второй вход которого соединен с источником калиброванного напряжения, выход которого связан с усилителем стабилизации и далее с двигателем. The proposed device allows you to measure the scale factor of the TLS when you rotate the axis of the stand at any angle (significantly less turn), which reduces the test time, without compromising the accuracy of the control, as was the case in the prototype. This is achieved by connecting the output of the feedback amplifier of the measuring TLS with the first input of the adder, the second input of which is connected to a calibrated voltage source, the output of which is connected to the stabilization amplifier and then to the motor.

Предложенное техническое решение позволяет стыковать устройство для контроля датчиков угловых скоростей с вычислителем. The proposed technical solution allows you to dock the device for monitoring the angular velocity sensors with the computer.

В предложенном устройстве введение платформы позволяет контролировать все типы ДУСов, а не только прецизионные. In the proposed device, the introduction of the platform allows you to control all types of TLSs, and not just precision ones.

Приняты меры по исключению снижения точности заявляемого устройства по сравнению с прототипом. Введение в заявляемое устройство платформы, на которую устанавливают испытуемый ДУС, специальной конструкции с внутренним механическим фильтром вибровозмущений, генерируемых объектом испытаний, позволяет исключить влияние вибраций объекта испытаний на точность устройства, а именно исключить помеху на входе усилителя обратной связи чувствительного элемента устройства. При этом возможна достаточно простая настройка фильтрующих свойств платформы в зависимости от заранее известного параметра объекта контроля. Measures have been taken to exclude a decrease in the accuracy of the claimed device in comparison with the prototype. The introduction into the inventive device of the platform on which the test DUS is installed, of a special design with an internal mechanical filter of vibration disturbances generated by the test object, eliminates the influence of vibration of the test object on the accuracy of the device, namely, to exclude interference at the input of the feedback amplifier of the sensor element of the device. At the same time, a fairly simple adjustment of the filtering properties of the platform is possible depending on the previously known parameter of the control object.

Введение согласующего устройства между выходом усилителя обратной связи чувствительного элемента и первым входом сумматора позволяет за счет выбора параметра согласующего устройства обеспечить высокую стабильность задаваемой угловой скорости при нестабильности момента трения по оси предлагаемого устройства. The introduction of a matching device between the output of the feedback amplifier of the sensing element and the first input of the adder allows, by selecting the matching device parameter, to ensure high stability of the specified angular velocity with instability of the friction moment along the axis of the proposed device.

На фиг. 1 представлена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 структурная схема усилителя системы стабилизации и бесконтактного двигателя постоянного тока; на фиг. 3 конструктивная схема выполнения платформы; на фиг. 4 структурная схема предлагаемого устройства как системы автоматического управления. In FIG. 1 presents a structural diagram of the proposed device; in FIG. 2 is a structural diagram of an amplifier of a stabilization system and a contactless DC motor; in FIG. 3 structural diagram of the platform; in FIG. 4 is a structural diagram of the proposed device as an automatic control system.

Предлагаемое устройство содержат чувствительный элемент (прецизионный ДУС) 1, в состав которого входят поплавковый гироузел 2, датчик момента 3, датчик угла 4. ДУС 1 установлен в специальной расточке траверсы 5, которая имеет ось вращения, являющуюся выходной осью предлагаемого устройства. На оси траверсы 5 закреплен подвижный лимб фотоэлектрического муарового датчика угла 6, неподвижный лимб жестко связан с корпусом предлагаемого устройства. Ось траверсы 5 проходит через фотоэлектрический датчик угла 6, на ее свободном конце закреплена платформа 7. На оси траверсы 5 (со стороны, противоположной фотоэлектрическому датчику угла 6) закреплена подвижная часть двигателя постоянного тока 8, выполненного по схеме "датчик положения двигатель бесконтактный" (ДП-ДБ). Неподвижные части ДП-ДБ соединены в одном корпусе, жестко закрепленном на корпусе предлагаемого устройства. The proposed device contains a sensitive element (precision DOS) 1, which includes a float gyro 2, a torque sensor 3, an angle sensor 4. The DOS 1 is installed in a special bore of the crosshead 5, which has an axis of rotation, which is the output axis of the proposed device. On the axis of the crosshead 5, a movable limb of the photoelectric moire angle sensor 6 is fixed, a fixed limb is rigidly connected to the housing of the proposed device. The axis of the beam 5 passes through the photoelectric angle sensor 6, a platform 7 is fixed on its free end. On the axis of the beam 5 (from the side opposite to the photoelectric angle sensor 6) the movable part of the DC motor 8, made according to the "position sensor motor non-contact" scheme, is fixed ( DP-DB). The stationary parts of the DP-DB are connected in one housing, rigidly fixed to the housing of the proposed device.

Датчик положения ДП представляет собой синусно-косинусный вращающий трансформатор ( фиг. 2) с безобмоточным ротором (обмотка С1-С2 обмотка возбуждения, С3-С4, С5-С6 синусная и косинусная обмотки). Вторая часть двигателя, собственно бесконтактный двигатель ДБ имеет двухобмоточный статор (обмотки С1-С2, С3-С4) и восьмиполюсный ротор. Выход датчика угла 4 ДУС 1 соединен со входом усилителя обратной связи 9, первый выход которого соединен с датчиком момента 3 ДУС. Это соединение и есть первый контур системы управления стендом. Второй выход усилителя обратной связи 9 соединен с входом согласующего устройства 10, выход которого соединен с первым входом сумматора 11. The DP position sensor is a sine-cosine rotary transformer (Fig. 2) with a windingless rotor (winding C1-C2 field winding, C3-C4, C5-C6 sine and cosine windings). The second part of the engine, the DB non-contact motor itself, has a double-winding stator (C1-C2, C3-C4 windings) and an eight-pole rotor. The output of the angle sensor 4 of the remote control system 1 is connected to the input of the feedback amplifier 9, the first output of which is connected to the torque sensor 3 of the remote control system. This connection is the first circuit of the stand management system. The second output of the feedback amplifier 9 is connected to the input of the matching device 10, the output of which is connected to the first input of the adder 11.

Сумматор 11 входит в усилитель системы стабилизации 12. Второй вход сумматора 11 соединен с источником калиброванных (задаваемых) напряжений ИКН 13. Сумматор 11 выполнен на базе операционного усилителя. Выход сумматора 11 подключен к бесконтактному двигателю постоянного тока (подробная схема подключения рассматривается ниже). Эта цепь является вторым контуром управления двигателем 8. The adder 11 is included in the amplifier of the stabilization system 12. The second input of the adder 11 is connected to a calibrated (set) voltage source of ICH 13. The adder 11 is based on an operational amplifier. The output of the adder 11 is connected to a contactless DC motor (a detailed connection diagram is discussed below). This circuit is the second engine control circuit 8.

Для обработки информации фотоэлектрического муарового датчика угла имеются: интерполятор фазовый 14, питаемый кварцевым генератором 15; выход интерполятора фазового 14 связан с входом блока преобразования информации БПИ-16. To process the information of the photoelectric moiré angle sensor, there are: phase interpolator 14, fed by a crystal oscillator 15; the output of the phase 14 interpolator is connected to the input of the BPI-16 information conversion unit.

В зависимости от конструктивного исполнения испытуемого ДУС для обработки его выходной информации в предлагаемом устройстве содержатся два варианта блоков:
Вариант 1. Для испытаний ДУС без электрической обратной связи предлагаемое устройство содержит аналого-цифровой преобразователь АЦП 17 (12-разрядный, например 572 ПВ-1 или с большим числом разрядов).Depending on the design of the test DUS for processing its output information in the proposed device contains two options for blocks:
Option 1. For testing the DCS without electrical feedback, the proposed device contains an analog-to-digital converter ADC 17 (12-bit, for example 572 PV-1 or with a large number of discharges).

Вариант 2. Для испытаний ДУС с электрической обратной связью и обработки их выходной информации в предлагаемое устройство введены: усилитель обратной связи 9'; блоки, реализующие частотно-импульсные модуляторы в цепи обратной связи: блок преобразования информации БПИ 2 17', блок опорных напряжений БОН 18', блок синхрочастот БСЧ 19'. Option 2. To test the DCS with electrical feedback and process their output information in the proposed device introduced: feedback amplifier 9 '; blocks that implement frequency-pulse modulators in the feedback circuit: information conversion unit BPI 2 17 ', reference voltage block BON 18', clock frequency block BSCH 19 '.

Согласующее устройство 18 предназначено для обработки информации АЦП 17, либо частотно-импульсного модулятора 17'-18', 19', входы согласующего устройства 18 связаны с этими блоками, а выход связан с вычислителем 19. Согласующее устройство 18 имеет три входа. Первый вход соединен с выходом БПИ-1-16 и предназначен для приема 16- разрядного параллельного кода фотоэлектрического датчика угла. Второй вход согласующего устройства 18 связан с выходом АЦП-17 и предназначен для приема параллельного кода с выхода АЦП с "привязкой" его по времени к информации с БПИ-1 16. Третий вход согласующего устройства 18 предназначен для приема унитарного кода с выхода частотно-импульсного модулятора БПИ-2 17'. Выход согласующего устройства 18, связанный с вычислителем 19, обеспечивает их взаимодействие по системному каналу. The matching device 18 is designed to process the information of the ADC 17 or the pulse-frequency modulator 17'-18 ', 19', the inputs of the matching device 18 are connected to these blocks, and the output is connected to the calculator 19. The matching device 18 has three inputs. The first input is connected to the output of BPI-1-16 and is designed to receive a 16-bit parallel code of the photoelectric angle sensor. The second input of the matching device 18 is connected to the output of the ADC-17 and is designed to receive a parallel code from the output of the ADC with its "timing" to information from BPI-1 16. The third input of the matching device 18 is designed to receive a unitary code from the output of the pulse-frequency BPI-2 17 'modulator. The output of the matching device 18, associated with the calculator 19, ensures their interaction through the system channel.

Вся механическая часть предлагаемого устройства, связанная с траверсой 5, смонтирована в корпусе 20 и образует блок механики стенда (БМ). Испытуемый прибор 21 не входит в состав предлагаемого устройства для контроля датчиков угловых скоростей. Все электронные блоки: 9, 10, 11, 18 смонтированы в едином электронном блоке (БЭ). The entire mechanical part of the proposed device associated with the traverse 5 is mounted in the housing 20 and forms a block mechanics of the stand (BM). The test device 21 is not included in the proposed device for monitoring angular velocity sensors. All electronic units: 9, 10, 11, 18 are mounted in a single electronic unit (BE).

На фиг. 2 представлена структура усилителя системы стабилизации 12 и его связи с двигателем 8. Усилитель содержит преобразователь 22 и два идентичных усилителя мощности 23, 24. Преобразователь 22 представляет собой устройство для модуляции и усиления постоянного сигнала, выполненное на базе операционного усилителя с применением в качестве ключевых элементов полевых транзисторов. Каждый из усилителей 23, 24 представляет собой соединение устройств для детектирования, коррекции и усиления сигналов, т.е. состоит из модулятора, корректирующего устройства и усилителя мощности, реализованных на операционных усилителях с отрицательной обратной связью. Усилитель системы стабилизации 12 и двигатель 8 соединены следующим образом. Вход преобразователя 22 соединен с выходом сумматора 11 и является первым входом усилителя стабилизации 12. In FIG. 2 shows the structure of the amplifier of the stabilization system 12 and its connection with the engine 8. The amplifier contains a converter 22 and two identical power amplifiers 23, 24. The converter 22 is a device for modulating and amplifying a constant signal, made on the basis of an operational amplifier using as key elements field effect transistors. Each of the amplifiers 23, 24 represents a connection of devices for detecting, correcting and amplifying signals, i.e. consists of a modulator, correction device and power amplifier, implemented on operational amplifiers with negative feedback. The amplifier stabilization system 12 and the engine 8 are connected as follows. The input of the Converter 22 is connected to the output of the adder 11 and is the first input of the stabilization amplifier 12.

Выходы усилителя стабилизации 12: первый выход это выход преобразователя 22, который связан с обмоткой возбуждения С1-С2 ДП двигателя 8 (первым входом двигателя 8); второй выход это выход усилителя мощности 23, который соединен с синусной обмоткой С1-С2 ДБ двигателя 8 (вторым входом двигателя 8); третий выход это выход усилителя мощности 24, который соединен с косинусной обмоткой ДБ двигателя 8 (третьим входом двигателя). The outputs of the stabilization amplifier 12: the first output is the output of the converter 22, which is connected to the excitation winding C1-C2 of the DP of the motor 8 (the first input of the motor 8); the second output is the output of the power amplifier 23, which is connected to the sine winding C1-C2 of the DB of the motor 8 (second input of the motor 8); the third output is the output of the power amplifier 24, which is connected to the cosine winding of the DB motor 8 (the third input of the engine).

Второй вход усилителя стабилизации 12 есть вход УМ1 23. Этот второй вход усилителя стабилизации 12 соединен с 1-ым выходом двигателя 8, а именно с синусной обмоткой С3-С4 ДП двигателя 8. The second input of the stabilization amplifier 12 is the input of UM1 23. This second input of the stabilization amplifier 12 is connected to the first output of the motor 8, namely, the sine winding C3-C4 DP of the motor 8.

Третий вход УСТ 12 это вход УМ2 24. Этот третий вход УСТ 12 соединен со вторым выходом двигателя 8, а именно с косинусной обмоткой С5-С6 ДП двигателя 8. The third input of the TSI 12 is the input of the UM2 24. This third input of the TSI 12 is connected to the second output of the motor 8, namely with the cosine winding C5-C6 DP of the engine 8.

Питание всех электронных блоков осуществляется от блока питания 25 (фиг. 1). The power of all electronic units is provided from the power supply 25 (Fig. 1).

На фиг. 3 представлена конструкция платформы 7. In FIG. 3 shows the design of the platform 7.

Платформа 7 состоит из двух частей (26 и 27), между которыми установлена прокладка 28 из металлической сетчаткой резины (металлического сетчатого амортизатора или резины типа ИРП-275). Металлические сетчатые амортизаторы представляют собой подушку, опрессованную из проволоки (нержавеющей стали) с мелкими плетением, имеют высокие упругие и демпфирующие свойства. Материал ИРП-275 также имеет хорошие виброгасящие свойства. Обе части платформы стягиваются винтами 29, чем выставляется жесткость собранной платформы в осевом направлении. Жесткость должна выставляться перед началом испытаний приборов в зависимости от параметров испытуемого прибора угловой скорости вращения его ротора. Платформа 7 крепится к траверсе 5 винтом 30. The platform 7 consists of two parts (26 and 27), between which a gasket 28 is made of a metal retina rubber (metal mesh shock absorber or rubber type IRP-275). Metal mesh shock absorbers are a pillow, crimped from wire (stainless steel) with small weaving, have high elastic and damping properties. Material IRP-275 also has good anti-vibration properties. Both parts of the platform are tightened with screws 29, which sets the rigidity of the assembled platform in the axial direction. Rigidity should be set before testing devices, depending on the parameters of the device under test, the angular speed of rotation of its rotor. Platform 7 is attached to traverse 5 with screw 30.

Испытуемый прибор 21 крепится к платформе 7 так, чтобы его вектор кинетического момента был выправлен в сторону, противоположную вектору кинетического момента чувствительного элемента 1. Это обеспечивается установкой на платформе направляющего штифта, который входит в юстировочную планку испытуемого прибора (ДУС). Ось юстировочной планки любого испытуемого ДУС совпадает с вектором кинетического момента. The test device 21 is attached to the platform 7 so that its kinetic moment vector is aligned in the opposite direction to the kinetic moment vector of the sensing element 1. This is achieved by installing a guide pin on the platform, which is included in the adjustment strip of the tested device (TLS). The axis of the adjustment bar of any test TLS coincides with the vector of the kinetic moment.

Предлагаемое устройство работает следующим образом. Режим контроля масштабного коэффициента ДУС. От задатчика эталонного напряжения 13 на второй вход сумматора 11 подают напряжение U_зад, пропорциональное угловой скорости w_o, которую необходимо задать. Поскольку на первый вход сумматора напряжение еще не поступало, то это же напряжение U_c с выхода сумматора поступает на вход преобразователя 22, который вырабатывает модулированное напряжение, подаваемое на вход двигателя 8, а именно на обмотку С1-С2 ДП.The proposed device operates as follows. The control mode of the scale factor of the TLS. From the master voltage reference 13 to the second input of the adder 11 serves voltage U _back proportional to the angular velocity w _o , which must be set. Since the voltage has not yet been supplied to the first input of the adder, the same voltage U _c from the output of the adder is supplied to the input of the converter 22, which generates a modulated voltage supplied to the input of the motor 8, namely, the winding C1-C2 DP.

При появлении напряжения на обмотке С1-С2 в выходных обмотках С3-С4 и С5-С6 индуцируются напряжения:
u_дп1=u_max•sinθ и u_дп2=u_max•cosθ; θ=nΦ,
Φ относительный угол разворота ротора ДП относительно статора;
n число пар полюсов.When voltage appears on the winding C1-C2 in the output windings C3-C4 and C5-C6, the voltages are induced:
u _dp1 = u _max • sinθ and u _dp2 = u _max • cosθ; θ = nΦ,
Φ relative angle of rotation of the rotor DP relative to the stator;
n is the number of pole pairs.

Эти напряжения усиливаются и корректируются усилителями 23, 24, после чего поступают на обмотки С1-С2 и С3-С4 ДБ. These voltages are amplified and corrected by amplifiers 23, 24, after which they are fed to the windings C1-C2 and C3-C4 DB.

Суммарный момент, действующий на ротор двигателя 8, равен сумме моментов, развиваемых обеими обмотками ДБ:

где К коэффициент крутизны характеристики ДБ,
φ_max, I максимальное значение магнитного потока и средняя величина тока I в ДБ 8.The total moment acting on the rotor of the motor 8 is equal to the sum of the moments developed by both windings of the DB:

where K is the slope coefficient of the DB characteristic,
φ _max , I is the maximum value of the magnetic flux and the average current value I in dB 8.

Двигатель 8 развивает момент, начинается вращение оси 5 с угловой скоростью ω. The engine 8 develops a moment, the rotation of the axis 5 begins with an angular velocity ω.

Угловая скорости w действует вокруг оси чувствительности ДУС 1, гироузел 2 прецессирует вокруг своей оси подвеса; по цепи обратной связи, образованной ДУ 4, усилителем 9 и датчиком момента 3, течет ток i, пропорциональный угловой скорости w, на выходе усилителя обратной связи 9 создается напряжение U₁, которое поступает на первый вход сумматора.The angular velocity w acts around the sensitivity axis of the CRS 1, gyro 2 precesses around its suspension axis; the feedback circuit formed by the remote control 4, the amplifier 9 and the moment sensor 3, the current i, proportional to the angular velocity w, flows at the output of the feedback amplifier 9 creates a voltage U ₁ , which is fed to the first input of the adder.

Это напряжение записывается:

где Н кинетический момент;
K_дм1 крутизна характеристики датчика момента 3;
R омическое сопротивление выходной цепи УОС 9.This voltage is recorded:

where H is the kinetic moment;
K _{dm1 the} steepness of the characteristics of the torque sensor 3;
R ohmic resistance of the output circuit of the ASL 9.

В сумматоре 11 происходит сравнение напряжений U_зад и U₁, разностное напряжение поступает на вход преобразователя 22, двигатель 8 изменяет скорость ω так, чтобы разностное напряжение сводилось к нулю.In the adder 11, the voltages U _ass and U ₁ are compared, the differential voltage is supplied to the input of the converter 22, the motor 8 changes the speed ω so that the differential voltage is reduced to zero.

В установившемся режиме
u₁=u_зад и ω=ω_o,
т.е. выходной оси 5 стенда задается желаемая угловая скорость.In steady state
u ₁ = u _ass and ω = ω _o ,
those. output axis 5 of the bench sets the desired angular velocity.

Фотоэлектрический датчик угла 6 с интерполятором фазовым 14 и блоком преобразования информации БПИ-1 16 преобразуют угловую скорость ω в число импульсов N_α, пропорциональное углу разворота траверсы 5 за время измерения Т, и эта информация, преобразованная в соответствующий код согласующим устройством 18,поступает в вычислитель 19.A photoelectric angle sensor 6 with a phase 14 interpolator and BPI-1 information conversion unit 16 converts the angular velocity ω into the number of pulses N _α proportional to the angle of the crosshead 5 during the measurement T, and this information is converted into the corresponding code by matching device 18, calculator 19.

При контроле ДУС 21 разомкнутого типа выходное напряжение испытуемого ДУС 21 преобразуется АЦП 17 в дискретную форму согласующим устройством в соответствующий код, вычислитель 19 выдает значения масштабного коэффициента K_ω как отношение числа импульсов с выхода ДУС 21 N_вых к числу импульсов N_α с выхода фотоэлектрического датчика угла 6.When controlling the open-loop control system 21, the output voltage of the tested control panel 21 is converted by the ADC 17 into a discrete form by the matching device into the corresponding code, the calculator 19 outputs the values of the scale factor K _ω as the ratio of the number of pulses from the output of the control panel 21 N _output to the number of pulses N _α from the output of the photoelectric sensor angle 6.

При контроле ДУС 21 компенсационного типа ток обратной связи усилителя 9 преобразуется частотно-импульсным модулятором (17'-18', 19') в унитарный код, согласующим устройством в параллельный код, ЭВМ вычисляет масштабный коэффициент ДУС тем же способом. When controlling the compensation type DAS 21, the feedback current of the amplifier 9 is converted by a frequency-pulse modulator (17'-18 ', 19') into a unitary code, matching the device into a parallel code, and the computer calculates the TLS coefficient in the same way.

Режим контроля АЧХ и ФЧХ ДУС 21 В этом режиме работа предлагаемого устройства аналогична описанной выше, но на второй вход сумматора 1 вместо постоянного напряжения подается синусоидальное напряжение фиксированных частот в диапазоне 1-20 Гц. Траверса 5 совеpшает синусоидальные колебания. Преобразование информации с выходов блоков 6 и 21 происходит таким же образом, как и в предыдущем случае. АЧХ определяют по отношению амплитуды угловых колебаний с выходов блоков 6 и 21, ФЧХ по отношению временного интервала между максимумами N_α и N_вых и периодом заданных синусоидальных колебаний.The control mode of the frequency response and phase response of the SAS 21 In this mode, the operation of the proposed device is similar to that described above, but instead of a constant voltage, the second input of the adder 1 is supplied with a sinusoidal voltage of fixed frequencies in the range of 1-20 Hz. Traverse 5 performs sinusoidal oscillations. The conversion of information from the outputs of blocks 6 and 21 occurs in the same manner as in the previous case. The frequency response is determined by the ratio of the amplitude of the angular oscillations from the outputs of blocks 6 and 21, the phase response in relation to the time interval between the maxima N _α and N _o and the period of the given sinusoidal oscillations.

С целью обеспечения точности контроля выполнена настройка осевой жесткости "С" платформы 7 в соответствии с соотношением:

где n число оборотов гиромотора ДУС 21, которое всегда точно известно до начала испытаний;
m масса платформы 7, записанная в паспорте предлагаемого устройства.In order to ensure the accuracy of the control, the axial stiffness "C" of the platform 7 was adjusted in accordance with the ratio:

where n is the number of revolutions of the DUS 21 gyromotor, which is always exactly known before the start of the test;
m is the mass of platform 7 recorded in the passport of the proposed device.

Это означает, что собственная частота платформы равна

(Известна формула, связывающая число оборотов, двигатель и круговую частоту

Следовательно,

где ω- круговая частота вращения ротора гиромотора ДУС 21.This means that the natural frequency of the platform is

(A formula is known that relates the speed, the engine and the circular frequency

Hence,

where ω is the circular rotational speed of the rotor of the gyro motor DUS 21.

В соответствии с правилами виброизоляции, для того, чтобы эффективно изолировать тело от источника вибраций, амортизатор должен иметь собственную частоту в 3-5 раз ниже, чем нижняя граница спектра возбуждаемых частот. In accordance with the rules of vibration isolation, in order to effectively isolate the body from the source of vibration, the shock absorber must have its own frequency 3-5 times lower than the lower limit of the spectrum of excited frequencies.

Работающий гиромотор испытуемого ДУС 21 возбуждает спектр частот, основная (несущая) частота которого равна круговой частоте вращения ротора гиромотора. Все остальные частоты кратны этой частоте. The working gyromotor of the tested ДУС 21 excites the frequency spectrum, the main (carrier) frequency of which is equal to the circular frequency of rotation of the gyromotor rotor. All other frequencies are multiples of this frequency.

При таком выборе жесткости платформы 7, выполненной в виде неоднородной конструкции с внутренним амортизатором, вибрации гиромотора испытуемого ДУС 21 не проходят к чувствительному элементу 1, вследствие чего переменная составляющая Δω_α на входе его усилителя обратной связи 9 не увеличивается под влиянием работающего ДУС 21, что делает работу двухгироскопной системы (ДУС 1 в предлагаемом устройстве + ДУС 21) совместимой.With this choice of rigidity of the platform 7, made in the form of a heterogeneous structure with an internal shock absorber, the vibrations of the gyro motor of the tested ДУС 21 do not pass to the sensitive element 1, as a result of which the variable component Δω _α at the input of its feedback amplifier 9 does not increase under the influence of the working ДУС 21, which makes the work of a two-gyro system (DUS 1 in the proposed device + DUS 21) compatible.

Установка ДУС 21 требует увеличения числа токоведущих колец в коллекторе предлагаемого устройства по сравнению с прототипом. Installation of CRS 21 requires an increase in the number of current-carrying rings in the collector of the proposed device in comparison with the prototype.

Это увеличивает трение по оси вращения предлагаемого устройства, что существенно снижает стабильность задаваемой угловой скорости по сравнению с прототипом. This increases the friction along the axis of rotation of the proposed device, which significantly reduces the stability of the specified angular velocity in comparison with the prototype.

Чтобы компенсировать это снижение точности от нестабильности момента трения за счет увеличенного количества токоведущих колец коллектора, необходимо ввести между выходом усилителя обратной связи ДУС 1 и входом сумматора 11 согласующее устройство 10 (активное сопротивление) и выбрать величину этого сопротивления R_су, исходя из параметров чувствительного элемента 1, усилителя стабилизации 10, допустимой нестабильности момента трения [ΔM_α] и допустимой нестабильности задаваемой угловой скорости [Δω_α].In order to compensate for this decrease in accuracy from the instability of the friction moment due to the increased number of collector current-carrying rings, it is necessary to introduce a matching device 10 (active resistance) between the output of the feedback amplifier DUS 1 and the input of the adder 11 and select the value of this resistance R _su based on the parameters of the sensitive element 1, stabilization amplifier 10, the permissible instability of the friction moment [ΔM _α ] and the permissible instability of the specified angular velocity [Δω _α ].

;
где K_дm1, H₁ крутизна характеристики датчика момента и кинетический момент гироскопа чувствительного элемента 1, гсм/мА и гсм•с; W_ст передаточный коэффициент выходной цепи усилителя системы стабилизации 10, гсм/мВ.

;
where K _dm1 , H _{1 the} steepness of the characteristics of the torque sensor and the kinetic moment of the gyroscope of the sensing element 1, gsm / mA and gsm • s; W _st gear ratio of the output circuit of the amplifier of the stabilization system 10, gsm / mV.

Claims

1. A device for monitoring angular velocity sensors, comprising a housing, a crosshead, rotatably mounted in the housing, an angular velocity measuring sensor located on the crossarm, the sensitivity axis of which is aligned with the axis of rotation of the crosshead, and angular and moment sensors connected to it are connected through a feedback amplifier, a direct current electric motor, a calibrated voltage source, characterized in that a platform fixed to the axis of rotation of the beam and designed for placement of a controlled angular velocity sensor with a hydraulic motor on it, an amplifier of the stabilization system with an adder included in it, a photoelectric moire angle sensor, a phase interpolator, a photoelectric angle sensor information conversion unit connected in series, and a information conversion unit of the controlled angular velocity sensor (CRS) ), made in two versions: for controlling the remote control system without electrical feedback in the form of an analog-to-digital converter, and for controlling the remote control system with electric feedback in the form of a feedback amplifier of the controlled DLS and a pulse-frequency modulator containing a reference voltage block, a clock frequency block, and an information conversion unit, a matching device for the DC motor control circuit, a computer for the technical characteristics of the controlled TLS, a matching device for inputting information to the computer are also introduced , the DC motor is non-contact, and the photoelectric sensor is located on the measuring axis of the devices a, the first input of the adder connected to the output of the matching device of the motor control circuit, the input of which is connected to the output of the feedback amplifier of the measuring sensor of angular velocity, the second input of the adder is connected to the output of the calibrated voltage source, the first, second and third outputs of the stabilization amplifier are connected to the first, the second and third inputs of the DC motor, the first and second outputs of which are connected to the second and third inputs of the stabilization amplifier, and the first input of the amplifier stabilization is connected to the output of the adder, the input of the analog-to-digital converter is designed to connect to the output of the angle sensor of the controlled DUS, while the first input of the matching device for inputting information into the computer is connected to the output of the information conversion unit of the photoelectric angle sensor, and the second input of the same matching device is connection with the output of the analog-to-digital converter or with the output of the pulse-frequency modulator of the information conversion unit of the controlled DUS, and in the output of the matching device is connected to the input of the calculator, while the first input of the information conversion unit of the controlled angular velocity sensor is designed to connect to the output of the feedback amplifier through which the angle and moment sensors of the controlled angular velocity sensor are connected, the second and third inputs are connected to the outputs of the reference voltage unit and sync frequency block, respectively.

2. The device according to claim 1, characterized in that the platform is made in the form of two parts of a cylindrical shape with annular bores in which a newly introduced rubber ring is installed, and the axial stiffness of the two parts of the platform with a rubber ring between them is selected from the ratio

where n is the number of revolutions per minute of the rotor of the hydraulic motor of the controlled DAS;
m is the mass of the platform.

3. The device according to claims 1 and 2, characterized in that the matching device in the control circuit of the DC motor is made in the form of a resistor, the resistance value of which R _Su selected from the ratio

where K _dm1 , H _{1 the} steepness of the characteristic of the moment sensor of the measuring angular velocity sensor and the kinetic moment of this TLS;
W _st the transfer coefficient of the output circuit of the amplifier stabilization system;
[ΔMα], [Δωα] - allowable instabilities of the moment of resistance along the axis of rotation of the stand beam and the specified angular velocity.