RU2804762C1 - Universal precision mechatronic stand with inertial sensing elements for monitoring gyroscopic angular velocity meters - Google Patents

Universal precision mechatronic stand with inertial sensing elements for monitoring gyroscopic angular velocity meters Download PDF

Info

Publication number
RU2804762C1
RU2804762C1 RU2022129573A RU2022129573A RU2804762C1 RU 2804762 C1 RU2804762 C1 RU 2804762C1 RU 2022129573 A RU2022129573 A RU 2022129573A RU 2022129573 A RU2022129573 A RU 2022129573A RU 2804762 C1 RU2804762 C1 RU 2804762C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
angular velocity
stand
precision
meters
angular
Prior art date
Application number
RU2022129573A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Дмитрий Михайлович Калихман
Екатерина Александровна Депутатова
Светлана Вячеславовна Пчелинцева
Валерий Олегович Горбачёв
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А."
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А." filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А."
Application granted granted Critical
Publication of RU2804762C1 publication Critical patent/RU2804762C1/en

Links

Abstract

FIELD: measuring engineering.
SUBSTANCE: used to test gyroscopic angular velocity meters of various classes and operating principles for certification in terms of their static and dynamic characteristics by setting angular velocities both constant in magnitude and changing according to an arbitrary law. A universal precision mechatronic bench with inertial sensing elements for monitoring gyroscopic angular velocity meters is declared, where two angular velocity meters and two triples of linear acceleration meters (accelerometers) are used as inertial meters, measuring tangential and centripetal acceleration of their attachment points to the bench platform, sensitivity axis each trio of accelerometers are located at angles of 120 degrees relative to each other. As the first angular velocity meter, a precision angular velocity meter is used, which has a wide range of angular velocity measurements with a sufficiently wide bandwidth, in the feedback of which a filter is introduced to cut out high-frequency noise excited by an aerostatic suspension, and a precision float is used as the second angular velocity meter with a gas-dynamic support of the rotor and magnetic centering of its suspension, which has a narrow range of angular velocity measurement and a fairly narrow bandwidth, in the feedback of which a filter is introduced to cut out low-frequency noise generated by an aerostatic suspension, both angular velocity meters are designed to operate by inertial sensitive elements of the stand, and with the possibility of being in the self-control mode.
EFFECT: increase in the stability of the set angular velocity, as well as an expansion of the range of measured angular velocities and an improvement in the accuracy characteristics of the bench.
3 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к средствам контроля гироскопических измерителей угловой скорости (ИУС).The invention relates to measuring technology, namely to means of monitoring gyroscopic angular velocity meters (IVR).

Известен стенд для контроля прецизионных датчиков угловых скоростей [13], содержащий корпус; вал, закрепленный на корпусе с возможностью вращения; двигатель постоянного тока, содержащий датчик положения и двигатель бесконтактный, выполненные в виде синусно-косинусных вращающих трансформаторов; устройство питания элементов, блок преобразования напряжения питания, блок преобразования информации, содержащий аналого-цифровой преобразователь и программируемую логическую интегральную схему, шина блока преобразования информации, микроконтроллер, содержащий интерфейс, обеспечивающий передачу информации в последовательном коде по инфракрасному или радиочастотному каналу, закрепленных на вале; измерительный гироскопический датчик угловой скорости с сервисной электроникой, ось чувствительности которого совмещена с осью вращения вала, а сервисная электроника обеспечивает его работу в режиме измерителя угловой скорости; управляющий процессор, содержащий в том числе порты ввода - вывода и ядро с дополнительной периферией, аналого-цифровой и цифро-аналоговые преобразователи, выполненные встроенными в процессор или являющиеся внешними устройствами по отношению к процессору; усилитель мощности, вход которого соединен с выходом цифроаналогового преобразователя, соединенного своим входом с первым портом ввода - вывода управляющего процессора, а выход усилителя мощности соединен с входом системы управления двигателем постоянного тока; систему обратной связи стенда, в которой корректирующий контур и устройство формирования разностного сигнала системы управления двигателем стенда реализованы алгоритмическим способом в управляющем процессоре; управляющий компьютер, находящийся в режиме обмена через стандартный интерфейс со вторым портом ввода - вывода управляющего процессора; угловой энкодер, считывающие оптические головки которого через преобразователь сигнала соединены с третьим портом ввода - вывода управляющего процессора, причем для съема информации применена пара считывающих оптических головок, расположенных под углом 180°, для исключения влияния эксцентриситетов крепления энкодера на выходную информацию об угловом положении платформы стенда; приемник инфракрасного или радиочастотного сигналов, закрепленный неподвижно на основании стенда рядом с управляющим процессором, при этом в качестве инерциального чувствительного элемента, одновременно являющегося испытываемым прибором, использован прецизионный гироскопический измеритель угловой скорости любого типа.A known stand for monitoring precision angular velocity sensors [13], containing a housing; a shaft mounted on the housing with the possibility of rotation; a DC motor containing a position sensor and a contactless motor, made in the form of sine-cosine rotating transformers; a power supply device for elements, a supply voltage conversion unit, an information conversion unit containing an analog-to-digital converter and a programmable logic integrated circuit, a bus for the information conversion unit, a microcontroller containing an interface that ensures the transmission of information in a serial code via an infrared or radio frequency channel, mounted on the shaft; a measuring gyroscopic angular velocity sensor with service electronics, the sensitivity axis of which is aligned with the shaft rotation axis, and the service electronics ensure its operation in the angular velocity meter mode; a control processor, including input-output ports and a core with additional peripherals, analog-to-digital and digital-to-analog converters built into the processor or being external devices in relation to the processor; a power amplifier, the input of which is connected to the output of a digital-to-analog converter, connected by its input to the first input-output port of the control processor, and the output of the power amplifier is connected to the input of the DC motor control system; a feedback system of the stand, in which the correction circuit and the device for generating the difference signal of the engine control system of the stand are implemented algorithmically in the control processor; a control computer in exchange mode via a standard interface with the second input-output port of the control processor; an angular encoder, the optical reading heads of which are connected through a signal converter to the third input-output port of the control processor, and a pair of optical reading heads located at an angle of 180° are used to retrieve information to eliminate the influence of encoder mounting eccentricities on the output information about the angular position of the stand platform ; a receiver of infrared or radio frequency signals, fixedly mounted on the base of the stand next to the control processor, while a precision gyroscopic angular velocity meter of any type is used as an inertial sensitive element, which is also a device under test.

В известном стенде с измерителем угловой скорости любого типа в качестве инерциального чувствительного элемента и цифровой системой управления, где контролируемый ИУС одновременно является и чувствительным элементом, и испытуемым прибором, т.е. находится в режиме «самоконтроля», были достигнуты следующие положительные результаты по сравнению с ранее известными аналогами:In a known stand with an angular velocity meter of any type as an inertial sensing element and a digital control system, where the controlled ICS is simultaneously both a sensing element and a device under test, i.e. is in “self-control” mode, the following positive results were achieved in comparison with previously known analogues:

1. обеспечивалась универсальность стенда, так как без конструктивных изменений, только за счет перепрограммирования процессора, можно было обеспечить самоконтроль гироскопического датчика угловой скорости любого физического принципа действия;1. the versatility of the stand was ensured, since without design changes, only by reprogramming the processor, it was possible to ensure self-control of the gyroscopic angular velocity sensor of any physical operating principle;

2. были уменьшены моменты трения в оси вращения стенда, т.е. повышена стабильность задания угловой скорости за счет исключения из конструкции стенда информационных колец токоподводящего коллектора (оставлены кольца для подвода питания) и введения в систему управления стенда беспроводной системы съема и передачи информации с помощью радиочастотных или инфракрасных информационных средств;2. the moments of friction in the axis of rotation of the stand were reduced, i.e. the stability of the angular velocity setting has been increased due to the exclusion of the information rings of the current-carrying collector from the design of the stand (the rings for power supply are left) and the introduction of a wireless system for collecting and transmitting information using radio frequency or infrared information means into the control system of the stand;

3. была исключена зависимость точностных характеристик стенда от типа инерциального чувствительного элемента, примененного в качестве измерительного датчика угловой скорости, так как в предлагаемой схеме был обеспечен самоконтроль датчика угловой скорости, являющегося одновременно и чувствительным элементом, и испытуемым прибором, что также снижало себестоимость стенда.3. the dependence of the accuracy characteristics of the stand on the type of inertial sensitive element used as a measuring angular velocity sensor was eliminated, since the proposed scheme provided self-monitoring of the angular velocity sensor, which is both a sensitive element and a device under test, which also reduced the cost of the stand.

4. применение радиочастотного или инфракрасного информационного канала позволяло существенно сократить число соединений в электрической схеме стенда, и при этом исключались ошибки передачи данных, возникающие вследствие возможной потери контакта в щеточном узле токоподводящего коллектора.4. The use of a radio frequency or infrared information channel made it possible to significantly reduce the number of connections in the electrical circuit of the stand, and at the same time, data transmission errors arising from possible loss of contact in the brush assembly of the current-carrying commutator were eliminated.

Несмотря на вышеприведенные достоинства, аналог не свободен от недостатков, заключающихся в следующем:Despite the above advantages, the analogue is not free from the following disadvantages:

1. в качестве информации об угловой скорости, задаваемой стендом, используются лишь две: от углового энкодера и самого инерциального чувствительного элемента;1. as information about the angular velocity set by the stand, only two are used: from the angular encoder and the inertial sensing element itself;

2. в качестве бесконтактной передачи информации использовались лишь радиочастотный и инфракрасный каналы.2. Only radio frequency and infrared channels were used for contactless transmission of information.

3. в стенде не было разгрузки оси подвеса от вредных моментов сопротивления, серьезно влияющих на точностные характеристики стенда.3. in the stand there was no unloading of the suspension axis from harmful moments of resistance, which seriously affected the accuracy characteristics of the stand.

Наиболее близким к заявляемому объекту аналогом по совокупности существенных признаков является стенд [14], содержащий корпус, вал, установленный в корпусе с возможностью вращения, закрепленную на валу основную платформу для установки измерителя угловых скоростей, электродвигатель постоянного тока, содержащий датчик положения и двигатель бесконтактный, выполненные в виде синусно-косинусных вращающих трансформаторов, усилитель мощности электродвигателя постоянного тока, содержащий предварительный усилитель и два усилителя мощности, дополнительную платформу, закрепленную на валу, шесть акселерометров линейных ускорений, три из которых измеряют тангенциальное, а три - центростремительное ускорения точек их крепления к платформе стенда, оси чувствительности которых расположены под углами 120° друг относительно друга для каждой тройки акселерометров, причем каждый из акселерометров имеет датчик угла, датчик момента и усилитель обратной связи, представляющий собой аналоговое или цифровое устройство, а выходная информация каждого акселерометра представляет собой аналоговый или цифровой сигнал; измерительный гироскопический датчик угловой скорости с сервисной электроникой, ось чувствительности которого совмещена с осью вращения вала, а сервисная электроника обеспечивает его работу в режиме измерителя угловой скорости; управляющий процессор, содержащий в том числе порты ввода-вывода и ядро с дополнительной периферией, аналого-цифровой и цифро-аналоговые преобразователи, выполненные встроенными в процессор или являющиеся внешними устройствами по отношению к процессору; систему обратной связи стенда, в которой корректирующий контур и устройство формирования разностного сигнала системы управления двигателем стенда реализованы алгоритмическим способом в управляющем процессоре; микроконтроллер, содержащий интерфейс, обеспечивающий передачу информации в последовательном коде по инфракрасному или радиочастотному каналу, причем направление передачи информационного сигнала коллинеарно оси вращения стенда и направлено сверху вниз; приемник инфракрасного или радиочастотного сигналов, закрепленный неподвижно на основании стенда рядом с управляющим процессором в основании стенда, причем направление приема сигнала также коллинеарно оси вращения стенда и направлено снизу вверх, при этом вход преобразователя напряжения питания через линии упругого торцевого токоподвода и контакты коллектора соединен с выходом стационарного источника питания, а выходы преобразователя напряжения соединены с соответствующими входами блоков, закрепленных на вале; управляющий компьютер, находящийся в режиме обмена через стандартный интерфейс с портом ввода-вывода управляющего процессора; угловой энкодер, содержащий диск и две считывающие оптические головки, которые через преобразователь сигнала соединены с портом ввода-вывода управляющего процессора, причем для съема информации применена пара считывающих оптических головок, расположенных под углом 180°, для исключения влияния эксцентриситетов крепления диска углового энкодера на выходную информацию об угловом положении платформы стенда.The closest analogue to the claimed object in terms of the set of essential features is a stand [14], containing a housing, a shaft installed in the housing with the possibility of rotation, a main platform mounted on the shaft for installing an angular velocity meter, a DC electric motor containing a position sensor and a contactless motor, made in the form of sine-cosine rotating transformers, a power amplifier of a DC electric motor containing a pre-amplifier and two power amplifiers, an additional platform mounted on the shaft, six linear acceleration accelerometers, three of which measure tangential and three centripetal accelerations of the points of their attachment to platform of the stand, the sensitivity axes of which are located at angles of 120° relative to each other for each trio of accelerometers, and each of the accelerometers has an angle sensor, a torque sensor and a feedback amplifier, which is an analog or digital device, and the output information of each accelerometer is an analog or digital signal; a measuring gyroscopic angular velocity sensor with service electronics, the sensitivity axis of which is aligned with the shaft rotation axis, and the service electronics ensure its operation in the angular velocity meter mode; a control processor, including input-output ports and a core with additional peripherals, analog-to-digital and digital-to-analog converters built into the processor or being external devices in relation to the processor; a feedback system of the stand, in which the correction circuit and the device for generating the difference signal of the engine control system of the stand are implemented algorithmically in the control processor; a microcontroller containing an interface that ensures the transmission of information in a serial code via an infrared or radio frequency channel, and the direction of transmission of the information signal is collinear to the axis of rotation of the stand and directed from top to bottom; a receiver of infrared or radio frequency signals, fixedly mounted on the base of the stand next to the control processor at the base of the stand, and the direction of signal reception is also collinear to the axis of rotation of the stand and directed from bottom to top, while the input of the supply voltage converter is connected to the output through the lines of the elastic end current lead and the collector contacts stationary power source, and the outputs of the voltage converter are connected to the corresponding inputs of blocks mounted on the shaft; a control computer in exchange mode via a standard interface with the I/O port of the control processor; an angular encoder containing a disk and two optical readout heads, which are connected through a signal converter to the input/output port of the control processor, and a pair of optical readout heads located at an angle of 180° are used to retrieve information to eliminate the influence of the eccentricities of mounting the angular encoder disk on the output information about the angular position of the stand platform.

В известном стенде были достигнуты следующие положительные результаты по сравнению с прототипом:In the well-known stand the following positive results were achieved in comparison with the prototype:

1. Обеспечивается универсальность стенда, так как без конструктивных изменений, только за счет перепрограммирования процессора, можно обеспечить использование в качестве инерциальных чувствительных элементов стенда измерителей угловых скоростей и линейных ускорений любого физического принципа действия;1. The versatility of the stand is ensured, since without design changes, only by reprogramming the processor, it is possible to use angular velocity and linear acceleration meters of any physical principle of operation as inertial sensitive elements of the stand;

2. Уменьшены моменты трения в оси вращения стенда, т.е. повышена стабильность задания угловой скорости за счет исключения из конструкции стенда информационных колец токоподводящего коллектора (оставлены два кольца для подвода питания) и введения в систему управления стенда беспроводной системы съема и передачи информации с помощью радиочастотных или инфракрасных информационных средств.2. The moments of friction in the axis of rotation of the stand have been reduced, i.e. The stability of the angular velocity setting has been increased due to the exclusion of the information rings of the current-carrying collector from the design of the stand (two rings for power supply are left) and the introduction of a wireless system for collecting and transmitting information using radio frequency or infrared information means into the control system of the stand.

3. Применение углового энкодера в качестве управляющего устройства позволяет обеспечить третий режим работы стенда на высоких скоростях до 10000°/с, когда управление осуществляется по сигналам с углового энкодера и трех акселерометров, измеряющих тангенциальное ускорение точек их крепления к платформе стенда. Несмотря на отмеченные достоинства, прототип, тем не менее, обладал некоторыми недостатками, заключающимися в следующем:3. The use of an angular encoder as a control device allows for the third mode of operation of the stand at high speeds up to 10,000°/s, when control is carried out according to signals from the angular encoder and three accelerometers that measure the tangential acceleration of the points of their attachment to the stand platform. Despite the noted advantages, the prototype, however, had some disadvantages, including the following:

1. Применение одного измерителя угловой скорости в контуре управления стендом не обеспечивало избыточности в системе по измерителям угловой скорости;1. The use of one angular velocity meter in the stand control loop did not provide redundancy in the system for angular velocity meters;

2. Механизм отслеживания, реализованный в стенде для уменьшения моментов трения по оси подвеса стенда, имел достаточно сложную конструкцию;2. The tracking mechanism implemented in the stand to reduce the moments of friction along the axis of the stand suspension had a rather complex design;

3. Прецизионные акселерометры, применяемые в качестве инерциальных чувствительных элементов, имели диапазон измерения не более 10 g, так как применение акселерометров более широкого диапазона измерения вело к загрублению их точностных характеристик.3. Precision accelerometers used as inertial sensitive elements had a measurement range of no more than 10 g, since the use of accelerometers with a wider measurement range led to coarsening of their accuracy characteristics.

Технический результат достигается тем, что в стенд для контроля измерителей угловой скорости, содержащий корпус, вал, установленный в корпусе с возможностью вращения, закрепленную на валу основную платформу для установки измерителя угловых скоростей, электродвигатель постоянного тока, содержащий датчик положения и двигатель бесконтактный, выполненные в виде синусно-косинусных вращающих трансформаторов, усилитель мощности электродвигателя постоянного тока, содержащий предварительный усилитель и два усилителя мощности, дополнительную платформу, закрепленную на валу, шесть акселерометров линейных ускорений, три из которых измеряют тангенциальное, а три - центростремительное ускорения точек их крепления к платформе стенда, оси чувствительности которых расположены под углами 120° друг относительно друга для каждой тройки акселерометров, причем каждый из акселерометров имеет датчик угла, датчик момента и усилитель обратной связи, представляющий собой аналоговое или цифровое устройство, а выходная информация каждого акселерометра представляет собой аналоговый или цифровой сигнал; измерительный гироскопический датчик угловой скорости с сервисной электроникой, ось чувствительности которого совмещена с осью вращения вала, а сервисная электроника обеспечивает его работу в режиме измерителя угловой скорости; управляющий процессор, содержащий в том числе порты ввода-вывода и ядро с дополнительной периферией, аналого-цифровой и цифроаналоговые преобразователи, выполненные встроенными в процессор или являющиеся внешними устройствами по отношению к процессору; систему обратной связи стенда, в которой корректирующий контур и устройство формирования разностного сигнала системы управления двигателем стенда реализованы алгоритмическим способом в управляющем процессоре; микроконтроллер, содержащий интерфейс, обеспечивающий передачу информации в последовательном коде по инфракрасному или радиочастотному каналу, причем направление передачи информационного сигнала коллинеарно оси вращения стенда и направлено сверху вниз; приемник инфракрасного или радиочастотного сигналов, закрепленный неподвижно на основании стенда рядом с управляющим процессором в основании стенда, причем направление приема сигнала также коллинеарно оси вращения стенда и направлено снизу вверх, при этом вход преобразователя напряжения питания через линии упругого торцевого токоподвода и контакты коллектора соединен с выходом стационарного источника питания, а выходы преобразователя напряжения соединены с соответствующими входами блоков, закрепленных на вале; управляющий компьютер, находящийся в режиме обмена через стандартный интерфейс с портом ввода-вывода управляющего процессора; угловой энкодер, содержащий диск и две считывающие оптические головки, которые через преобразователь сигнала соединены с портом ввода-вывода управляющего процессора, причем для съема информации применена пара считывающих оптических головок, расположенных под углом 180°, для исключения влияния эксцентриситетов крепления диска углового энкодера на выходную информацию об угловом положении платформы стенда, введен второй прецизионный измеритель угловой скорости, а в системы управления датчиков угловой скорости и акселерометров введены фильтры, полоса пропускания которых обеспечивает вырезание высокочастотных и низкочастотных колебаний, в том числе повышенной амплитуды на резонансных частотах, возбуждаемых при работе аэростатического подвеса [26], причем в качестве первого измерителя угловой скорости использован прецизионный измеритель угловой скорости, обладающий широким диапазоном измерения угловых скоростей с достаточно широкой полосой пропускания, в обратную связь которого введен фильтр, обеспечивающий вырезание высокочастотных помех, возбуждаемых аэростатическим подвесом [2, 6, 18, 21, 22, 26, 27], а в качестве второго измерителя угловой скорости используется прецизионный поплавковый гироскопический измеритель угловой скорости с газодинамической опорой ротора и магнитным центрированием его подвеса [19, 20, 23, 24], обладающий узким диапазоном измерения угловых скоростей и достаточно узкой полосой пропускания, в обратную связь которого введен фильтр [2, 3, 7], обеспечивающий вырезание низкочастотных помех, возбуждаемых аэростатическим подвесом, причем оба измерителя угловой скорости выполнены с возможностью работы как инерциальными чувствительными элементами стенда, так и с возможностью нахождения в режиме «самоконтроля» [8, 13], кроме того, в качестве прецизионного измерителя линейных ускорений, измеряющего тангенциальное ускорение точек их крепления к платформе стенда, использован прецизионный измеритель линейных ускорений [10, 12], обладающий узкой полосой пропускания и небольшим диапазоном измерения ускорений для измерения и компенсации колебаний платформы от вредных моментов по оси вращения, а в качестве прецизионного измерителя линейных ускорений, измеряющего центростремительное ускорение точек их крепления к платформе стенда [10, 11, 12], использован прецизионный измеритель линейных ускорений, обладающий широкой полосой пропускания и большим диапазоном измерения ускорений для измерения центростремительного ускорения, в усилители обратной связи измерителей тангенциального ускорения введены фильтры, вырезающие низкочастотные помехи, возбуждаемые аэростатическим подвесом, а в усилители обратной связи измерителей центростремительных ускорений введены фильтры, вырезающие высокочастотные помехи, возбуждаемые аэростатическим подвесом.The technical result is achieved by the fact that in a stand for monitoring angular velocity meters, containing a housing, a shaft installed in the housing with the possibility of rotation, a main platform mounted on the shaft for installing an angular velocity meter, a DC electric motor containing a position sensor and a contactless motor, made in in the form of sine-cosine rotating transformers, a power amplifier for a DC electric motor, containing a pre-amplifier and two power amplifiers, an additional platform mounted on the shaft, six linear acceleration accelerometers, three of which measure tangential and three centripetal accelerations of their attachment points to the stand platform , the sensitivity axes of which are located at angles of 120° relative to each other for each trio of accelerometers, and each of the accelerometers has an angle sensor, a torque sensor and a feedback amplifier, which is an analog or digital device, and the output information of each accelerometer is an analog or digital signal ; a measuring gyroscopic angular velocity sensor with service electronics, the sensitivity axis of which is aligned with the shaft rotation axis, and the service electronics ensure its operation in the angular velocity meter mode; a control processor, including input-output ports and a core with additional peripherals, analog-to-digital and digital-to-analog converters built into the processor or being external devices in relation to the processor; a feedback system of the stand, in which the correction circuit and the device for generating the difference signal of the engine control system of the stand are implemented algorithmically in the control processor; a microcontroller containing an interface that ensures the transmission of information in a serial code via an infrared or radio frequency channel, and the direction of transmission of the information signal is collinear to the axis of rotation of the stand and directed from top to bottom; a receiver of infrared or radio frequency signals, fixedly mounted on the base of the stand next to the control processor at the base of the stand, and the direction of signal reception is also collinear to the axis of rotation of the stand and directed from bottom to top, while the input of the supply voltage converter is connected to the output through the lines of the elastic end current lead and the collector contacts stationary power source, and the outputs of the voltage converter are connected to the corresponding inputs of blocks mounted on the shaft; a control computer in exchange mode via a standard interface with the I/O port of the control processor; an angular encoder containing a disk and two optical readout heads, which are connected through a signal converter to the input/output port of the control processor, and a pair of optical readout heads located at an angle of 180° are used to retrieve information to eliminate the influence of the eccentricities of mounting the angular encoder disk on the output information about the angular position of the stand platform, a second precision angular velocity meter was introduced, and filters were introduced into the control systems of angular velocity sensors and accelerometers, the passband of which ensures the cutting out of high-frequency and low-frequency oscillations, including increased amplitude at resonant frequencies excited during the operation of the aerostatic suspension [26], and as the first angular velocity meter, a precision angular velocity meter was used, which has a wide range of measuring angular velocities with a fairly wide bandwidth, in the feedback of which a filter was introduced that ensures cutting out high-frequency interference excited by the aerostatic suspension [2, 6, 18 , 21, 22, 26, 27], and as a second angular velocity meter, a precision float gyroscopic angular velocity meter with a gas-dynamic rotor support and magnetic centering of its suspension is used [19, 20, 23, 24], which has a narrow range of angular velocity measurements and a fairly narrow passband, in the feedback of which a filter [2, 3, 7] is introduced, ensuring the cutting out of low-frequency interference excited by the aerostatic suspension, and both angular velocity meters are designed to operate as inertial sensitive elements of the stand, and with the ability to be in the “self-monitoring” [8, 13], in addition, a precision linear acceleration meter [10, 12], which has a narrow bandwidth and a small acceleration measurement range for measurement and compensation of platform vibrations from harmful moments along the axis of rotation, and as a precision linear acceleration meter, measuring the centripetal acceleration of the points of their attachment to the stand platform [10, 11, 12], a precision linear acceleration meter with a wide bandwidth and a large range acceleration measurements to measure centripetal acceleration, filters are introduced into the feedback amplifiers of the tangential acceleration meters, cutting out low-frequency interference excited by the aerostatic suspension, and filters are introduced into the feedback amplifiers of the centripetal acceleration meters, cutting out high-frequency interference excited by the aerostatic suspension.

Совокупность существенных признаков, характеризующих заявляемое техническое устройство, позволяет в сравнении с прототипом достичь технического результата, заключающегося в следующем:The set of essential features characterizing the claimed technical device allows, in comparison with the prototype, to achieve a technical result consisting in the following:

1. Повысить точность измерения мгновенной угловой скорости стендом за счет введения второго прецизионного измерителя угловой скорости в его систему управления и комплексирования информации с другими первичными измерителями;1. Increase the accuracy of measuring instantaneous angular velocity by the stand by introducing a second precision angular velocity meter into its control system and integrating information with other primary meters;

2. Повысить точность и расширить диапазон измерения угловой скорости за счет применения прецизионного акселерометра с расширенным диапазоном измерения;2. Increase the accuracy and expand the range of angular velocity measurement through the use of a precision accelerometer with an extended measurement range;

3. Снизить трение по оси подвеса стенда за счет применения малогабаритных аэростатических опор;3. Reduce friction along the stand suspension axis through the use of small-sized aerostatic supports;

4. Введение фильтров в обратные связи измерителей угловой скорости и линейного ускорения позволяет исключить влияние на точностные характеристики стенда вибрационных возмущений в широком спектре частот, возбуждаемых аэростатическим подвесом.4. The introduction of filters into the feedback of angular velocity and linear acceleration meters makes it possible to eliminate the influence of vibration disturbances in a wide range of frequencies excited by the aerostatic suspension on the accuracy characteristics of the stand.

На фиг. 1 представлена функционально - кинематическая схема предлагаемого стенда.In fig. Figure 1 shows the functional-kinematic diagram of the proposed stand.

Предлагаемое устройство содержит корпус (на фиг. 1 не показан), вал 1, имеющий ось вращения относительно корпуса, реализованную на аэростатических опорах 3, которая является выходной осью стенда. На валу 1 закреплена платформа 2, предназначенная для установки испытуемого прибора 4, а также чувствительные элементы стенда: акселерометры 11, 12 и измерительные датчики угловой скорости - 7, 8. Конструктивно это выполнено так, что на валу 1 закреплена дополнительная платформа 13, на которой размещены все чувствительные элементы. При этом акселерометры 11 в количестве трех закреплены так, что измеряют тангенциальное ускорение точек их крепления к платформе 13 стенда. (Для этих акселерометров введены обозначения 1τ, 2τ, 3τ). В дальнейшем эти акселерометры (1τ, 2τ, 3τ) будут называться тангенциальными [8]. Ось чувствительности каждого акселерометра 11 перпендикулярна радиусу R1 дополнительной платформы 13. Радиусы R1 акселерометров 11 (1τ, 2τ, 3τ) расположены под углами 120°. Акселерометры 12 в количестве трех закреплены на дополнительной платформе 13 так, что они измеряют центростремительное ускорение точек их крепления к платформе 13 стенда. (Для этих акселерометров введены обозначения 1ц, 2ц, 3ц). В дальнейшем эти акселерометры (1ц, 2ц, 3ц) будут называться центростремительными [8]. Ось чувствительности каждого из акселерометров 12 расположена вдоль радиуса R2 платформы 13 в сторону, противоположную действию центростремительного ускорения. Радиусы R2 акселерометров 12 (1ц, 2ц, 3ц) расположены под углами 120° и должны быть больше, нежели радиусы R1 с целью расширения диапазона угловых скоростей, измеряемых центростремительными акселерометрами. В качестве акселерометров 12, измеряющих центростремительные ускорения точек их крепления к платформе стенда, могут быть использованы прецизионные измерители линейных ускорений с широкой полосой пропускания и диапазоном измерения до 50 g, например - кварцевые маятниковые акселерометры с цифровым усилителем обратной связи [10, 12, 15, 16, 17]. В качестве акселерометров 11, измеряющих тангенциальные ускорения точек их крепления к платформе стенда могут быть использованы прецизионные измерители линейных ускорений с узкой полосой пропускания и небольшим диапазоном измерения, такие как кварцевый маятниковый акселерометр с диапазоном измерения до 10 g, полоса пропускания которого будет определена динамическими характеристиками его усилителя обратной связи [10, 12, 15, 16, 17] или поплавковый маятниковый акселерометр [19, 20], имеющий небольшую полосу пропускания и небольшой диапазон измерения согласно своим техническим характеристикам. На фиг. 1 в составе акселерометров 11 и 12 изображены 3 блока, соответственно: чувствительный элемент ЧЭ, охваченный отрицательной обратной связью, содержащей усилитель обратной связи УОС и фильтр Ф со значками τn и цn, где n - номер акселерометра (1, 2, 3), причем усилитель обратной связи и фильтр могут быть как аналоговыми, так и цифровыми, реализованными в процессоре в обратной связи в случае использования акселерометра с цифровым усилителем обратной связи [10, 12, 15, 16, 17].The proposed device contains a housing (not shown in Fig. 1), a shaft 1 having an axis of rotation relative to the housing, implemented on aerostatic supports 3, which is the output axis of the stand. On shaft 1 there is attached a platform 2, intended for installation of the device under test 4, as well as sensitive elements of the stand: accelerometers 11, 12 and angular velocity measuring sensors - 7, 8. Structurally, this is done in such a way that an additional platform 13 is fixed on shaft 1, on which all sensitive elements are placed. In this case, three accelerometers 11 are fixed so that they measure the tangential acceleration of the points of their attachment to the platform 13 of the stand. (For these accelerometers the designations 1τ, 2τ, 3τ have been introduced). In the future, these accelerometers (1τ, 2τ, 3τ) will be called tangential [8]. The sensitivity axis of each accelerometer 11 is perpendicular to the radius R 1 of the additional platform 13. The radii R 1 of the accelerometers 11 (1τ, 2τ, 3τ) are located at angles of 120°. Accelerometers 12, three in number, are mounted on an additional platform 13 so that they measure the centripetal acceleration of the points of their attachment to the platform 13 of the stand. (For these accelerometers the designations 1ts, 2ts, 3ts have been introduced). In the future, these accelerometers (1ts, 2ts, 3ts) will be called centripetal [8]. The sensitivity axis of each of the accelerometers 12 is located along the radius R 2 of the platform 13 in the direction opposite to the action of centripetal acceleration. The radii R 2 of accelerometers 12 (1ts, 2ts, 3ts) are located at angles of 120° and should be larger than the radii R1 in order to expand the range of angular velocities measured by centripetal accelerometers. As accelerometers 12, measuring centripetal accelerations of the points of their attachment to the stand platform, precision meters of linear accelerations with a wide bandwidth and a measurement range of up to 50 g can be used, for example, quartz pendulum accelerometers with a digital feedback amplifier [10, 12, 15, 16, 17]. As accelerometers 11 that measure the tangential accelerations of the points of their attachment to the stand platform, precision meters of linear accelerations with a narrow bandwidth and a small measurement range can be used, such as a quartz pendulum accelerometer with a measurement range of up to 10 g, the bandwidth of which will be determined by the dynamic characteristics of its feedback amplifier [10, 12, 15, 16, 17] or a float pendulum accelerometer [19, 20], which has a small bandwidth and a small measurement range according to its technical characteristics. In fig. 1, as part of accelerometers 11 and 12, 3 blocks are shown, respectively: a SE sensitive element covered by negative feedback containing a feedback amplifier UOS and a filter Ф with the symbols τn and цn, where n is the number of the accelerometer (1, 2, 3), and The feedback amplifier and filter can be either analog or digital, implemented in the processor in feedback when using an accelerometer with a digital feedback amplifier [10, 12, 15, 16, 17].

В качестве первого измерителя угловой скорости 7, обозначенного на фиг. 1 как блок ИУС1 могут быть использованы прецизионные измерители угловой скорости, обладающие широким диапазоном измерения угловых скоростей - лазерный (ЛГ), волоконно-оптический (ВОГ), волновой твердотельный (ВТГ) гироскопы, а также измеритель угловой скорости на основе эффекта ядерного магнитного резонанса (ЯМГ), обладающие достаточно широкой полосой пропускания и высокими точностными характеристиками по случайной составляющей нулевого сигнала и погрешности масштабного коэффициента [22] (их чувствительные элементы обозначены на фиг. 1 как блок ЧЭ1), в обратную связь которых (на фиг. 1 - усилитель обратной связи УОС1) введен фильтр (на фиг. 1 обозначен как блок Ф1), обеспечивающий вырезание высокочастотных помех, возбуждаемых аэростатическим подвесом.As the first angular velocity meter 7, designated in FIG. 1, as the IUS 1 block, precision angular velocity meters can be used that have a wide range of angular velocity measurements - laser (LG), fiber-optic (FOG), solid-state wave (SWG) gyroscopes, as well as an angular velocity meter based on the nuclear magnetic resonance effect (YMG), which have a fairly wide bandwidth and high accuracy characteristics in terms of the random component of the zero signal and the error of the scale factor [22] (their sensitive elements are indicated in Fig. 1 as SE unit 1 ), in the feedback of which (in Fig. 1 - feedback amplifier UOS 1 ) a filter is introduced (in Fig. 1 indicated as block F 1 ), which ensures cutting out high-frequency interference excited by the aerostatic suspension.

В качестве второго измерителя угловой скорости 8, обозначенного на фиг. 1 как блок ИУС2, может быть использован прецизионный измеритель угловой скорости, обладающий узким диапазоном измерения угловых скоростей - прецизионный поплавковый гироскопический датчик угловой скорости с газодинамической опорой ротора и магнитным центрированием его подвеса (ДУС с ГДО), обладающий достаточно узкой полосой пропускания и высокими точностными характеристиками по случайной составляющей нулевого сигнала и погрешности масштабного коэффициента [22, 23] (его чувствительный элемент обозначен на фиг. 1 как блок ЧЭ2), в обратную связь которого (на фиг. 1 - усилитель обратной связи УОС2) введен фильтр (на фиг. 1 обозначен как блок Ф2), обеспечивающий вырезание низкочастотных помех, возбуждаемых аэростатическим подвесом. Компенсационная обратная связь в ИУС1 и ИУС2 также может быть как аналоговой, так и цифровой.As a second angular velocity meter 8, indicated in FIG. 1 as an IUS block 2 , a precision angular velocity meter with a narrow range of measurement of angular velocities can be used - a precision float gyroscopic angular velocity sensor with a gas-dynamic rotor support and magnetic centering of its suspension (DSS with GDO), which has a fairly narrow bandwidth and high accuracy characteristics of the random component of the zero signal and the error of the scale factor [22, 23] (its sensitive element is designated in Fig. 1 as a SE unit 2 ), in the feedback of which (in Fig. 1 - feedback amplifier UOS 2 ) a filter is introduced (on Fig. 1 is designated as block F 2 ), which ensures cutting out low-frequency interference excited by the aerostatic suspension. Compensatory feedback in ICS 1 and ICS 2 can also be either analog or digital.

ИУС 7, 8 закреплены на платформе 13 так, что их оси чувствительности параллельны оси вращения стенда (оси вала 1) (в случае использования всех перечисленных типов гироскопов), а вектор кинетического момента Н параллелен плоскости платформы 13 (в случае использования ДУС с ГДО). На оси вращения вала 1 закреплена подвижная часть двигателя постоянного тока ДП-ДБ 9, неподвижная часть которого размещена на корпусе стенда.IUS 7, 8 are fixed on platform 13 so that their sensitivity axes are parallel to the axis of rotation of the stand (axis of shaft 1) (in the case of using all of the listed types of gyroscopes), and the vector of the kinetic moment H is parallel to the plane of platform 13 (in the case of using GRS with GDO) . The moving part of the DP-DB 9 DC motor is fixed to the axis of rotation of shaft 1, the stationary part of which is located on the stand body.

Система управления двигателем предлагаемого стенда, принцип ее работы подробно описан в [1, 5, 8, 9, 25, 28].The engine control system of the proposed stand, the principle of its operation is described in detail in [1, 5, 8, 9, 25, 28].

На оси вала 1 (фиг. 1) закреплен диск углового энкодера 5 [29], считывающие головки которого закреплены на корпусе стенда. На вале 1 закреплены: блок преобразования напряжения питания (БПНП) 22, вход которого через линии упругого торцевого токо-подвода 10 соединен с выходом стационарного источника питания, а выходы преобразователя напряжения 22 соединены с соответствующими входами блоков, закрепленных на вале.On the axis of shaft 1 (Fig. 1) a disk of an angular encoder 5 [29] is fixed, the reading heads of which are fixed to the body of the stand. Mounted on shaft 1 are: a power supply voltage conversion unit (PVCU) 22, the input of which is connected through elastic end current supply lines 10 to the output of a stationary power source, and the outputs of the voltage converter 22 are connected to the corresponding inputs of the blocks mounted on the shaft.

В состав блоков преобразования информации БПИ1 и БПИ2, обозначенных на фиг. 1 позициями 18 и 19, соответственно, входят программируемая логическая интегральная схема (ПЛИС) и аналога - цифровой преобразователь (АЦП) стандартного вида, описанные в аналоге [13] и в прототипе [14] (на фиг. 1 не показаны). Вход шины БПИ1 18 соединен с выходом углового энкодера 5, а шина выхода - с входом управляющего процессора 16, в котором реализована цифровая система управления (ЦСУ) стендом, и с входом управляющего компьютера 15, в котором формируются алгоритмы управления стендом и формируется управляющее воздействие Uвх, пропорциональное задаваемой угловой скорости, поступающее в порт ввода - вывода управляющего процессора 16, в ядре которого формируется цифровая система управления стендом (фиг. 1).The information conversion blocks BPI 1 and BPI 2 , indicated in Fig. 1 positions 18 and 19, respectively, include a programmable logic integrated circuit (FPGA) and an analogue digital converter (ADC) of a standard type, described in the analogue [13] and in the prototype [14] (not shown in Fig. 1). The input of the BPI bus 1 18 is connected to the output of the angular encoder 5, and the output bus is connected to the input of the control processor 16, which implements the digital control system (DCS) of the stand, and to the input of the control computer 15, in which the stand control algorithms are generated and the control action is generated Uin , proportional to the specified angular velocity, entering the input-output port of the control processor 16, in the core of which a digital stand control system is formed (Fig. 1).

Вход шины БПИ2 19 соединен с выходами измерителей угловой скорости 7 и 8 и выходами акселерометров 11 и 12, а выходы шины БПИ2 19 соединены с беспроводным передатчиком сигналов 20, который, в свою очередь, передает информацию в последовательном коде по беспроводному приемнику сигналов 21, соединенному шинами с управляющим процессором 16 и управляющим компьютером 15 (фиг. 1). В качестве беспроводных передатчика и приемника сигналов могут использоваться как инфракрасный и радиочастотный каналы, как это было описано в прототипе [14], так и системы LAN, Bluetooth и другие.The input of the BPI bus 2 19 is connected to the outputs of angular velocity meters 7 and 8 and the outputs of accelerometers 11 and 12, and the outputs of the BPI bus 2 19 are connected to a wireless signal transmitter 20, which, in turn, transmits information in serial code via a wireless signal receiver 21 , connected by buses to the control processor 16 and the control computer 15 (Fig. 1). Both infrared and radio frequency channels, as described in the prototype [14], and LAN, Bluetooth and other systems can be used as a wireless transmitter and receiver of signals.

На корпусе стенда в виде плат закреплена электронная часть системы управления стендом - блок управления (БУ) (на фиг. 1 обозначен пунктирной линией как совокупность блоков).On the body of the stand, in the form of boards, the electronic part of the stand control system is fixed - a control unit (CU) (in Fig. 1 it is indicated by a dotted line as a set of blocks).

В БУ входят:The BU includes:

- управляющий процессор 16, содержащий том числе порты ввода - вывода и ядро с дополнительной периферией;- control processor 16, including input/output ports and a core with additional peripherals;

- беспроводной приемник 21 и передатчик 20 сигналов;- wireless receiver 21 and signal transmitter 20;

-усилитель мощности (УМ) 17, вход которого соединен с выходом управляющего процессора 16 а выход - с обмотками ДП-ДБ 9.- power amplifier (PA) 17, the input of which is connected to the output of the control processor 16 and the output is connected to the windings DP-DB 9.

- пульт подачи питания 14.- power supply panel 14.

Закрепление на платформе стенда плат, реализующих перечисленные блоки, а также применение беспроводного передатчика 20 и приемника 21 сигналов для информационного обмена позволяют сократить число линий коллектора 10, необходимых для подвода питания к БПНП 22, что повышает точностные характеристики стенда.Fixing boards implementing the listed blocks on the stand platform, as well as the use of a wireless transmitter 20 and receiver 21 of signals for information exchange, make it possible to reduce the number of collector lines 10 required to supply power to the power supply unit 22, which increases the accuracy characteristics of the stand.

Конструкция обеспечивает повышение точностных характеристик стенда, обусловленное:The design provides increased precision characteristics of the stand due to:

- снижением момента трения от коллектора на оси вращения платформы, т.е. повышается стабильность задания угловой скорости;- reduction of the friction moment from the collector on the axis of rotation of the platform, i.e. the stability of the angular velocity setting is increased;

- уменьшением длины линий электрических цепей от ИУС 7, 8 и акселерометров 11, 12 до электронного блока системы управления и уровня помех, поскольку не требуется передача маломощных сигналов через кольца коллектора;- reducing the length of electrical circuit lines from IUS 7, 8 and accelerometers 11, 12 to the electronic unit of the control system and the level of interference, since transmission of low-power signals through the collector rings is not required;

- применением аэростатического подвеса 3 для снижения моментов трения по оси вращения 1 стенда;- using an aerostatic suspension 3 to reduce friction moments along the axis of rotation 1 of the stand;

- применения фильтров в обратных связях ИУС 7, 8 и акселерометров 11, 12 для вырезания низкочастотных и высокочастотных помех, возбуждаемых аэростатическим подвесом.- the use of filters in the feedback loops of the control system 7, 8 and accelerometers 11, 12 to cut out low-frequency and high-frequency interference excited by the aerostatic suspension.

Конструкция обеспечивает расширение диапазона задаваемых угловых скоростей за счет четырех режимов работы стенда:The design provides an expansion of the range of specified angular velocities due to four operating modes of the stand:

1 режим: от 0.001 до ω1 °/с, когда в качестве чувствительных элементов работают измеритель угловой скорости ИУС2 8, в качестве которого используется поплавковый ДУС с ГДО, три акселерометра 11, измеряющих тангенциальное ускорение точек их крепления к платформе стенда, и угловой энкодер 5, причем верхний диапазон измерения<»i определяется диапазоном измерения угловой скорости ДУС с ГДО, который может колебаться в зависимости от конструкции и точностных характеристик прибора от 0,5 до 3 °/с;Mode 1: from 0.001 to ω 1 °/s, when the angular velocity meter IUS 2 8, which uses a float DUS with GDO, three accelerometers 11, measuring the tangential acceleration of the points of their attachment to the stand platform, and angular encoder 5, and the upper measurement range<»i is determined by the range of measurement of the angular velocity of the DUS with GDO, which can vary depending on the design and accuracy characteristics of the device from 0.5 to 3 °/s;

2 режим: от ω1 до ω2 °/с , когда в качестве чувствительных элементов работают тройки акселерометров 11 и 12, измеряющих тангенциальное и центростремительное ускорения точек их крепления к платформе стенда, измеритель угловой скорости ИУС1 7, в качестве которого могут быть применены ЛГ, ВОГ, ЯМГ и ВТГ и угловой энкодер 5, причем диапазон ω2 определен верхним пределом измерения ИУС1 - в случае, если применяются ВОГ и ЛГ, то он определен верхним пределом измерения данного типа приборов, т.е. угловыми скоростями порядка 400-500 °/с , а когда применяются ВТГ в режиме интегрирующего гироскопа и ЯМГ, то - угловыми скоростями порядка 2500-3000 °/с, также определенными верхним пределом диапазонов измерения данных приборов.Mode 2: from ω 1 to ω 2 °/s, when triplets of accelerometers 11 and 12 work as sensitive elements, measuring the tangential and centripetal accelerations of the points of their attachment to the stand platform, the angular velocity meter IUS 1 7, which can be used as LG, FOG, YMG and VTG and angular encoder 5, and the range ω 2 is determined by the upper limit of measurement of IUS 1 - if FOG and LG are used, then it is determined by the upper limit of measurement of this type of device, i.e. angular velocities of the order of 400-500 °/s, and when VTGs are used in the mode of an integrating gyroscope and NMG, then - angular velocities of the order of 2500-3000 °/s, also determined by the upper limit of the measurement ranges of these devices.

3 режим: от ω2 °/с до 4000-5000 °/с, когда в качестве чувствительных элементов работают тройки акселерометров 11 и 12, измеряющих тангенциальное и центростремительное ускорения точек их крепления к платформе стенда, и угловой энкодер 5, причем верхний диапазон измерения определен диапазоном измерения прецизионного центростремительного акселерометра, который может достигать уровня 50-60 g при сохранении высоких точностных характеристик по масштабному коэффициенту и погрешности нулевого сигнала;Mode 3: from ω 2 °/s to 4000-5000 °/s, when triplets of accelerometers 11 and 12, measuring the tangential and centripetal accelerations of the points of their attachment to the stand platform, and an angular encoder 5 work as sensitive elements, with the upper measurement range determined by the measurement range of a precision centripetal accelerometer, which can reach a level of 50-60 g while maintaining high precision characteristics in terms of scale factor and zero signal error;

4 режим: от 4000-5000 °/с до 10000 °/с, когда в качестве чувствительных элементов работают тройка акселерометров 11, измеряющая тангенциальное ускорение точек крепления акселерометров к платформе стенда 13, и угловой энкодер 5.Mode 4: from 4000-5000 °/s to 10000 °/s, when three accelerometers 11, measuring the tangential acceleration of the accelerometer attachment points to the stand platform 13, and an angular encoder 5 work as sensitive elements.

Черырехдиапазонный режим работы позволяет с высокой точностью контролировать практически все типы измерителей угловых скоростей: прецизионные (в первом и втором режиме), средней точности (в первом, во втором и третьем режимах работы) и грубые, к которым относятся, например, микромеханические, роторные, стержневые гироскопы, работающие на больших диапазонах угловых скоростей (в третьем и четвертом режимах).The four-band operating mode allows you to control with high accuracy almost all types of angular velocity meters: precision (in the first and second modes), medium precision (in the first, second and third operating modes) and coarse, which include, for example, micromechanical, rotary, rod gyroscopes operating at large ranges of angular velocities (in the third and fourth modes).

Кроме того возможен и пятый режим - режим калибровки стенда, когда измерители угловой скорости ИУС1 7 и ИУС2 8 работают поочередно в режиме «самоконтроля», как это описано в аналоге к настоящему патенту [13].In addition, a fifth mode is also possible - the stand calibration mode, when the angular velocity meters IUS 1 7 and IUS 2 8 operate alternately in the “self-control” mode, as described in the analogue to this patent [13].

Стенд работает следующим образом. Управление режимами работы задает оператор от управляющего компьютера 15. Сигнал о смене режимов поступает с порта ввода -вывода управляющего компьютера 15 в порт ввода - вывода управляющего процессора 16.The stand works as follows. Control of operating modes is set by the operator from the control computer 15. The signal about changing modes comes from the input-output port of the control computer 15 to the input-output port of the control processor 16.

В управляющем процессоре 16 реализован алгоритм переключения диапазонов работы стенда. В зависимости от задаваемой оператором команды управляющий компьютер 15 подает команду на выбор одного из пяти режимов работы стенда. Если выбран первый режим, то подаются команды на включение питания измерителя угловой скорости 7 и тангенциальных акселерометров 11. Угловой энкодер 5 и тангенциальные акселерометры 11 работают во всех четырех режимах работы стенда, кроме пятого, в котором работает угловой энкодер 5 и поочередно ИУС1 и ИУС2.The control processor 16 implements an algorithm for switching ranges of operation of the stand. Depending on the command given by the operator, the control computer 15 issues a command to select one of five operating modes of the stand. If the first mode is selected, then commands are given to turn on the power to the angular velocity meter 7 and the tangential accelerometers 11. The angular encoder 5 and the tangential accelerometers 11 operate in all four operating modes of the stand, except for the fifth, in which the angular encoder 5 and alternately ICS 1 and ICS operate 2 .

С порта ввода - вывода управляющего компьютера 15 в порт ввода - вывода управляющего процессора 16 поступает код, пропорциональный задаваемому управляющему напряжению Uвх., который передается в ядро процессора 16, где алгоритмически реализован сумматор сигналов, а оттуда - через ЦАП управляющего процессора 16 соответствующее этому коду напряжение через усилитель мощности (УМ) 17 поступает на датчик положения - двигатель бесконтактный (ДП-ДБ) 9. Двигатель ДП-ДБ 9 задает валу стенда 1 вращение с угловой скоростью, пропорциональной подаваемому управляющему напряжению Uвх. Работа двигателя 9 полностью идентична работе двигателя, описанной в прототипе [14].From the input-output port of the control computer 15, the input-output port of the control processor 16 receives a code proportional to the specified control voltage Uin , which is transmitted to the processor core 16, where the signal adder is algorithmically implemented, and from there through the DAC of the control processor 16 corresponding to this code, the voltage through the power amplifier (PA) 17 is supplied to the position sensor - non-contact motor (DP-DB) 9. The DP-DB motor 9 sets the stand shaft 1 to rotate with an angular velocity proportional to the supplied control voltage Uin . The operation of engine 9 is completely identical to the operation of the engine described in the prototype [14].

Вал 1 стенда начинает вращение, и с инерциальных чувствительных элементов -измерителей угловой скорости 7 и 8 и измерителей кажущегося линейного ускорения 11 и 12 информационные сигналы поступают на шину БПИ2 19, а с нее - в блоки 20 и 21 - беспроводные приемник и передатчик сигналов, соответственно.Shaft 1 of the stand begins to rotate, and from the inertial sensitive elements - angular velocity meters 7 and 8 and apparent linear acceleration meters 11 and 12, information signals are sent to the BPI bus 2 19, and from it to blocks 20 and 21 - wireless signal receiver and transmitter , respectively.

В первом режиме работы стенда, когда инерциальными чувствительными элементами являются ИУС2 8 и тангенциальные акселерометры 11, это сигналы, пропорциональные угловой скорости вращения вала 1 и тангенциальному ускорению точек крепления акселерометров 11 к платформе 13 стенда. В предлагаемом стенде, в отличие от прототипа, все инерциальные чувствительные элементы обладают собственными обратными связями с фильтрами, вырезающими помехи на соответствующих частотах, возбуждаемые аэростатическим подвесом. В процессоре 16 реализуются регуляторы контура управления двигателем 9. БПИ2 19 формирует кодовую комбинацию, поступающую в беспроводной передатчик сигналов 20, а оттуда данный сигнал поступает на приемник сигналов 21, с выхода которого, преобразованный в код, он поступает в порт ввода - вывода управляющего процессора 16. Беспроводной передатчик сигналов 20 и приемник этого сигнала 21 расположены таким образом, что сигнал передается и принимается в вертикальном направлении, параллельном валу 1 стенда. Приемник 21 может закрепляться на корпусе стенда, близко к его основанию, а передача сигнала в этом случае будет осуществляться с вращающейся платформы 13 в направлении сверху вниз. Требования к юстировке приемника 21 и передатчика 20 не предъявляются, так как в случае применения, например, инфракрасных передатчика и приемника угол захвата сигнала составляет не менее 120°, а в остальных случаях - вообще не ограничен. Из порта ввода - вывода управляющего процессора 16 код поступает в ядро процессора 16, где в виде алгоритма запрограммирован сумматор, в котором сравниваются кодовые комбинации сигналов с акселерометров 11 и измерителя угловой скорости 8 с заданным значением угловой скорости, поступившим в виде входного воздействия по стандартному интерфейсу через порт ввода - вывода управляющего процессора 16 от управляющего компьютера 15. С углового энкодера 5 последовательность импульсов, число которых пропорционально углу поворота платформы стенда через БПИ1 18, поступает в порт ввода-вывода управляющего процессора 16. В управляющем процессоре 16 происходит вычисление угловой скорости стенда как отношения измеренного угла ко времени опроса, измеряемого таймером процессора 16. Данное значение также поступает на вход алгоритмически реализованного сумматора и сравнивается со значениями кодовых комбинаций сигналов с измерителей угловой скорости 8, акселерометров 11 и входного задающего сигнала. Процессор 16 осуществляет синхронизацию данных сигналов по времени. По значениям поступивших на сумматор кодовых комбинаций формируется разностный управляющий сигнал, который поступает на вход цифрового регулятора системы управления двигателем, запрограммированного в виде алгоритма в управляющем процессоре 16 и обеспечивающего требуемые динамические характеристики системы управления двигателем ДП-ДБ 9 стенда. При этом преобразованный управляющий сигнал поступает на ЦАП управляющего процессора 16, откуда в виде аналогового сигнала - на усилитель мощности УМ 17, а оттуда - на двигатель ДП-ДБ 9. Таким образом, реализуется цифровая система управления через управляющий процессор 16, работающая по разностному принципу: при разностном управляющем сигнале, стремящемся к нулю, вал 1 стенда вращается с заданной угловой скоростью. При подаче с управляющего компьютера 15 гармонического или любого другого сигнала система работает аналогичным образом. Полученная информация через порт ввода - вывода управляющего процессора 16 через стандартный интерфейс поступает в порт ввода-вывода управляющего компьютера 15. От испытуемого прибора 4 через БПИ2 в порт ввода - вывода управляющего компьютера 15 поступает информация об угловой скорости, измеренной испытуемым прибором 4. В управляющем компьютере 15 происходит комплексная обработка полученных данных об угле и угловой скорости, заданной стендом, и выходной информации с испытуемого прибора 4, что позволяет формировать выходную информацию о масштабном коэффициенте и динамических характеристиках испытуемого прибора 4 (в случае подачи на вход системы управления стендом гармонического сигнала). Таким образом, осуществляется контроль измерителя угловой скорости 4.In the first mode of operation of the stand, when the inertial sensitive elements are IMS 2 8 and tangential accelerometers 11, these are signals proportional to the angular velocity of rotation of the shaft 1 and the tangential acceleration of the points of attachment of the accelerometers 11 to the platform 13 of the stand. In the proposed stand, unlike the prototype, all inertial sensitive elements have their own feedback with filters that cut out interference at the corresponding frequencies excited by the aerostatic suspension. The processor 16 implements the regulators of the engine control loop 9. BPI 2 19 generates a code combination that enters the wireless signal transmitter 20, and from there this signal goes to the signal receiver 21, from the output of which, converted into code, it enters the control input-output port processor 16. The wireless signal transmitter 20 and the receiver of this signal 21 are located in such a way that the signal is transmitted and received in the vertical direction, parallel to the shaft 1 of the stand. The receiver 21 can be mounted on the body of the stand, close to its base, and in this case the signal will be transmitted from the rotating platform 13 in the top-down direction. There are no requirements for the alignment of the receiver 21 and the transmitter 20, since in the case of using, for example, an infrared transmitter and receiver, the signal capture angle is at least 120°, and in other cases it is not limited at all. From the input-output port of the control processor 16, the code enters the processor core 16, where an adder is programmed in the form of an algorithm, in which code combinations of signals from accelerometers 11 and angular velocity meter 8 are compared with a given angular velocity value received as an input action via a standard interface through the input-output port of the control processor 16 from the control computer 15. From the angular encoder 5, a sequence of pulses, the number of which is proportional to the angle of rotation of the stand platform through BPI1 18, enters the input-output port of the control processor 16. In the control processor 16, the angular velocity of the stand is calculated as the ratio of the measured angle to the polling time measured by the processor timer 16. This value is also supplied to the input of the algorithmically implemented adder and is compared with the values of code combinations of signals from angular velocity meters 8, accelerometers 11 and the input master signal. Processor 16 synchronizes these signals in time. Based on the values of the code combinations received by the adder, a difference control signal is generated, which is supplied to the input of the digital controller of the engine control system, programmed as an algorithm in the control processor 16 and providing the required dynamic characteristics of the engine control system DP-DB 9 of the stand. In this case, the converted control signal is supplied to the DAC of the control processor 16, from where, in the form of an analog signal, to the power amplifier UM 17, and from there to the DP-DB motor 9. Thus, a digital control system is implemented through the control processor 16, operating on the difference principle : when the difference control signal tends to zero, shaft 1 of the stand rotates at a given angular velocity. When a harmonic or any other signal is supplied from the control computer 15, the system operates in a similar way. The received information through the input-output port of the control processor 16 through a standard interface enters the input-output port of the control computer 15. From the device under test 4 through the BPI 2 to the input-output port of the control computer 15, information about the angular velocity measured by the device under test 4 is received. The control computer 15 carries out complex processing of the received data on the angle and angular velocity specified by the stand, and the output information from the test device 4, which makes it possible to generate output information about the scale factor and dynamic characteristics of the test device 4 (if a harmonic signal is supplied to the input of the stand control system ). Thus, the angular velocity meter 4 is monitored.

Во втором режиме работы, когда инерциальными чувствительными элементами являются три тангенциальных 11 и три центростремительных 12 акселерометра, измеритель угловой скорости ИУС1 7, а также угловой энкодер 5. Разница заключается в том, что ИУС2 8 не участвует в процессе управления движением платформы стенда, а вместо него в работу включается ИУС1 7 и тройка центростремительных акселерометров 12. Система работает (аналогичным первому режиму образом) по разностному принципу.In the second operating mode, when the inertial sensitive elements are three tangential 11 and three centripetal 12 accelerometers, an angular velocity meter IUS 1 7, as well as an angular encoder 5. The difference is that the IUS 2 8 is not involved in the process of controlling the movement of the stand platform, and instead, the IMS 1 7 and the three centripetal accelerometers 12 are switched on. The system operates (in a manner similar to the first mode) according to the difference principle.

В третьем режиме работы, когда задаваемые угловые скорости превышают диапазон измерения ИУС1 7, он отключается от системы управления стендом и остаются в работе только тангенциальные и центростремительные акселерометры 11 и 12, соответственно, и угловой энкодер 5, а работа системы управления осуществляется аналогично третьему режиму работы стенда.In the third operating mode, when the specified angular velocities exceed the measurement range of the control system 1 7, it is disconnected from the stand control system and only the tangential and centripetal accelerometers 11 and 12, respectively, and the angular encoder 5 remain in operation, and the operation of the control system is carried out similarly to the third mode stand operation.

В четвертом режиме работы, когда в системе управления стендом остаются в работе тангенциальные акселерометры 11 и угловой энкодер 5, управляющий сигнал, поступающий в порт ввода - вывода управляющего процессора 16 из порта ввода - вывода управляющего компьютера 15 и пропорциональный задаваемой угловой скорости стенда, сравнивается в сумматоре, реализованном алгоритмически в управляющем процессоре 15, с вычисленным сигналом, равным углу разворота, измеряемому угловым энкодером 5, деленному на время, измеряемое таймером управляющего процессора 15. Таким образом, в сумматоре управляющего процессора 16 сравниваются сигналы, пропорциональные измеренной и задаваемой угловым скоростям стенда.In the fourth operating mode, when the tangential accelerometers 11 and the angular encoder 5 remain in operation in the stand control system, the control signal arriving at the input-output port of the control processor 16 from the input-output port of the control computer 15 and proportional to the specified angular speed of the stand is compared in an adder implemented algorithmically in the control processor 15, with a calculated signal equal to the rotation angle measured by the angular encoder 5, divided by the time measured by the timer of the control processor 15. Thus, in the adder of the control processor 16, signals proportional to the measured and specified angular velocities of the stand are compared .

В пятом режиме работы - режиме калибровки, осуществляемом при начале работы стенда, информация с акселерометров 11 и 12 и с испытуемого прибора 4 не поступает через блок БПИ2 в систему управления стендом. Работают по очереди попарно угловой энкодер 5 и ИУС1 7, а после отключения ИУС1 - угловой энкодер 5 и ИУС2 8. Измерители угловой скорости находятся в режиме «самоконтроля», как это описано в аналоге [13] к настоящему патенту. Сигналы в цепи обратной связи стенда формируются аналогично первым четырем режимам. В пятом режиме работы достигаются две цели:In the fifth operating mode - the calibration mode, carried out when the stand starts operating, information from accelerometers 11 and 12 and from the device under test 4 does not enter through the BPI 2 block into the stand control system. Angular encoder 5 and ICS 1 7 work in turn in pairs, and after ICS 1 is turned off, angular encoder 5 and ICS 2 8 operate. The angular velocity meters are in the “self-monitoring” mode, as described in analogue [13] to this patent. Signals in the feedback circuit of the stand are generated similarly to the first four modes. In the fifth operating mode, two goals are achieved:

1. измеряются составляющие вибраций, возбуждаемых аэростатическим подвесом, измерителями угловой скорости ИУС1 7 и ИУС2 8, что дает возможность настроить фильтры в цепи обратной связи для вырезания, соответственно, низкочастотных и высокочастотных помех для обеспечения работы прецизионного стенда;1. the components of vibrations excited by the aerostatic suspension are measured by angular velocity meters IUS 1 7 and IUS 2 8, which makes it possible to configure filters in the feedback circuit to cut out, respectively, low-frequency and high-frequency interference to ensure the operation of a precision stand;

2. производится калибровка измерителей угловой скорости 7 и 8, которые будут являться эталоном для испытуемого прибора 4.2. The angular velocity meters 7 and 8 are calibrated, which will serve as a standard for the device under test 4.

Литература.Literature.

1. Ахмеджанов А.А. Системы передачи угла повышенной точности. - М.-Л.: «Энергия», 1966.1. Akhmedzhanov A.A. High precision angle transmission systems. - M.-L.: “Energy”, 1966.

2. Бессекерский В.А., Попов Е.П. Теория систем автоматического регулирования. - М.: Наука, 1975.-767 с.2. Bessekersky V.A., Popov E.P. Theory of automatic control systems. - M.: Nauka, 1975.-767 p.

3. Бессекерский В.А., Фабрикант Е.А. Динамический синтез систем гироскопической стабилизации. - Л.: Судостроение, 1968. - 351 с.3. Bessekersky V.A., Fabrikant E.A. Dynamic synthesis of gyroscopic stabilization systems. - L.: Shipbuilding, 1968. - 351 p.

4. Бычков С.И., Лукьянов Д.П., Бакаляр А.И. Лазерный гироскоп - М.: Сов. радио, 1975. - 421 с.4. Bychkov S.I., Lukyanov D.P., Bakalyar A.I. Laser gyroscope - M.: Sov. radio, 1975. - 421 p.

5. Высокоточные преобразователи угловых перемещений / Под ред. А.А. Ахметжанова - М.: Энергоатомиздат, 1986.5. High-precision angular displacement transducers / Ed. A.A. Akhmetzhanova - M.: Energoatomizdat, 1986.

6. Журавлев В.Ф., Климов Д.М. Волновой твердотельный гироскоп - М.: Наука, 1985. - 126 с. 6. Zhuravlev V.F., Klimov D.M. Wave solid-state gyroscope - M.: Nauka, 1985. - 126 p.

7. Изерман Р. Цифровые системы управления: Пер. с англ. - М.: Мир, 1984. - 541 с. 7. Iserman R. Digital control systems: Transl. from English - M.: Mir, 1984. - 541 p.

8. Калихман Д.М. Прецизионные управляемые стенды для динамических испытаний гироскопических приборов / Под ред. акад. В.Г. Пешехонова - СПб. ГНЦ РФ ЦНИИ «Электроприбор», 2008. - 304 с. ISBN 5-900780-82-5.8. Kalikhman D.M. Precision controlled stands for dynamic testing of gyroscopic devices / Ed. acad. V.G. Peshekhonova - St. Petersburg. State Scientific Center of the Russian Federation Central Research Institute "Electropribor", 2008. - 304 p. ISBN 5-900780-82-5.

9. Калихман Д.М., Садомцев Ю.В., Депутатова Е.А., Никифоров В.М. Прецизионные поворотные стенды нового поколения с инерциальными чувствительными элементами и цифровым управлением // Известия РАН. Теория и системы управления, №2, 2014. С. 130-146.9. Kalikhman D.M., Sadomtsev Yu.V., Deputatova E.A., Nikiforov V.M. Precision rotary stands of a new generation with inertial sensitive elements and digital control // Izvestia RAS. Theory and control systems, No. 2, 2014. pp. 130-146.

10. Калихман Д.М., Калихман Л.Я., Гребенников В.И., Депутатова Е.А., Скоробогатов B.В. Маятниковый акселерометр с цифровым управлением и новыми функциональными возможностями. // Известия РАН. Теория и системы управления, №2, 2021. C. 73-95.10. Kalikhman D.M., Kalikhman L.Ya., Grebennikov V.I., Deputatova E.A., Skorobogatov V.V. Pendulum accelerometer with digital control and new functionality. // News of the Russian Academy of Sciences. Theory and control systems, No. 2, 2021. pp. 73-95.

11. Калихман Д.М., Калихман Л.Я., Депутатова Е.А., Крайнов А.П., Янковский А.А., Кривцов Е.П., Ермаков Р.В. Пути расширения диапазона измерения и повышения точностных характеристик поворотных стендов с инерциальными чувствительными элементами для контроля гироскопических приборов // 25 Санкт-Петербургская Международная конференция по интегрированным навигационным системам. СПб.: Изд-во ЦНИИ «Электроприбор», 2018. С. 334-339.11. Kalikhman D.M., Kalikhman L.Ya., Deputatova E.A., Krainov A.P., Yankovsky A.A., Krivtsov E.P., Ermakov R.V. Ways to expand the measurement range and improve the accuracy characteristics of rotating stands with inertial sensitive elements for monitoring gyroscopic devices // 25 St. Petersburg International Conference on Integrated Navigation Systems. St. Petersburg: Publishing house of the Central Research Institute "Electropribor", 2018. pp. 334-339.

12. Калихман Д.М., Калихман Л.Я., Депутатова Е.А., Скоробогатов В.В., Николаенко А.Ю., Нахов С.Ф. Опыт проектирования и изготовления блоков измерителей линейного ускорения на кварцевых маятниковых акселерометрах с аналоговой и цифровой системами управления. Монография. - Саратов: Изд-во СГТУ им. Гагарина Ю.А., 2021, 240 с. ISBN - 978-5-7433-3456-8.12. Kalikhman D.M., Kalikhman L.Ya., Deputatova E.A., Skorobogatov V.V., Nikolaenko A.Yu., Nakhov S.F. Experience in designing and manufacturing blocks of linear acceleration meters based on quartz pendulum accelerometers with analog and digital control systems. Monograph. - Saratov: Publishing house of SSTU named after. Gagarina Yu.A., 2021, 240 p. ISBN - 978-5-7433-3456-8.

13. Патент 2403538 РФ. Приоритет от 22.05.2009. Универсальный стенд для контроля прецизионных гироскопических измерителей угловой скорости / Калихман Д.М., Калихман Л.Я., Садомцев Ю.В., Полушкин А.В., Ермаков Р.В., Депутатова Е.А., Нахов С.Ф., Молчанов А.В., Чиркин М.В., Измайлов Е.А. Зарегистрирован в Государственном реестре патентов Российской Федерации 10 ноября 2010 г. // Б.И. №31, 2010.13. Patent 2403538 RF. Priority dated 05/22/2009. Universal stand for monitoring precision gyroscopic angular velocity meters / Kalikhman D.M., Kalikhman L.Ya., Sadomtsev Yu.V., Polushkin A.V., Ermakov R.V., Deputatova E.A., Nakhov S.F. ., Molchanov A.V., Chirkin M.V., Izmailov E.A. Registered in the State Register of Patents of the Russian Federation on November 10, 2010 // B.I. No. 31, 2010.

14. Патент 2494345 РФ. Заявка №2012101374, приоритет от 16.01.2012. Универсальный широкодиапазонный стенд для контроля измерителей угловой скорости / Калихман Д.М., Калихман Л.Я., Садомцев Ю.В., Полушкин А.В., Депутатова Е.А., Нахов С.Ф., Никифоров В.М., Сапожников А.И., Межирицкий Е.Л. Зарегистрирован в Государственном реестре изобретений РФ 27.09.2013. // Б.И. 2013.14. Patent 2494345 RF. Application No. 2012101374, priority dated January 16, 2012. Universal wide-range stand for monitoring angular velocity meters / Kalikhman D.M., Kalikhman L.Ya., Sadomtsev Yu.V., Polushkin A.V., Deputatova E.A., Nakhov S.F., Nikiforov V.M. , Sapozhnikov A.I., Mezhiritsky E.L. Registered in the State Register of Inventions of the Russian Federation on September 27, 2013. // B.I. 2013.

15. Патент 2615221 РФ от 04.04.2017. Заявка №2015116808. Приоритет от 30.04.2015. Способ обеспечения виброустойчивости маятникового акселерометра линейных ускорений с цифровой обратной связью и виброустойчивый маятниковый акселерометр / Калихман Д.М., Калихман Л.Я., Гребенников В.И., Скоробогатов В.В., Нахов С.Ф., Смирнов Е.С.// Б.И. №10, 2017.15. Patent 2615221 of the Russian Federation dated 04/04/2017. Application No. 2015116808. Priority dated 04/30/2015. A method for ensuring vibration resistance of a pendulum accelerometer of linear accelerations with digital feedback and a vibration-resistant pendulum accelerometer / Kalikhman D.M., Kalikhman L.Ya., Grebennikov V.I., Skorobogatov V.V., Nakhov S.F., Smirnov E.S. .// B.I. No. 10, 2017.

16. Патент 2627970 РФ от 14.08.2017. Заявка №2016144606. Приоритет от 14.11.16. Способ обеспечения линейности масштабного коэффициента маятникового широко диапазонного акселерометра компенсационного типа / Калихман Д.М., Калихман Л.Я., Гребенников В.И., Скоробогатов В.В., Нахов С.Ф. // Б.И. №23, 2017.16. Patent 2627970 RF dated 08/14/2017. Application No. 2016144606. Priority dated 11/14/16. A method for ensuring the linearity of the scale factor of a pendulum wide-range accelerometer of the compensation type / Kalikhman D.M., Kalikhman L.Ya., Grebennikov V.I., Skorobogatov V.V., Nakhov S.F. // B.I. No. 23, 2017.

17. Патент 2626071 РФ от 21.07.2017 г. Заявка №2016122097. Приоритет от 03.06.16. Способ обеспечения линейности масштабного коэффициента маятникового акселерометра компенсационного типа / Калихман Д.М., Калихман Л.Я., Гребенников В.И., Скоробогатов В.В., Нахов С.Ф., Кожевников В.Е., Самитов P.M. // Б.И. №21, 2017.17. Patent 2626071 of the Russian Federation dated July 21, 2017. Application No. 2016122097. Priority dated 06/03/16. Method for ensuring the linearity of the scale factor of a pendulum accelerometer of a compensation type / Kalikhman D.M., Kalikhman L.Ya., Grebennikov V.I., Skorobogatov V.V., Nakhov S.F., Kozhevnikov V.E., Samitov R.M. // B.I. No. 21, 2017.

18. Патрюэль И. Бесплатформенная инерциальная навигационная система на основе ВОГ с уходом одна морская миля в месяц: мечта уже достижима? / И. Онтас, Э. Лефевр, Ф. Наполитано // Гироскопия и навигация. - 2013. - №3. - С. 3-13.18. Patruel I. Strapdown inertial navigation system based on FOG with a range of one nautical mile per month: is the dream already achievable? / I. Ontas, E. Lefebvre, F. Napolitano // Gyroscopy and navigation. - 2013. - No. 3. - P. 3-13.

19. Пельпор Д.С. Гироскопические системы. В 3 т.М.: Высшая школа, 1986.19. Pelpor D.S. Gyroscopic systems. In 3 vols. M.: Higher School, 1986.

20. Пельпор Д.С, Михалев И.А., Бауман В.А. Гироскопические приборы и системы. М.: Высшая школа, 1988. 424 с. 20. Pelpor D.S., Mikhalev I.A., Bauman V.A. Gyroscopic devices and systems. M.: Higher School, 1988. 424 p.

21. Пешехонов В.Г. Гироскоп на основе явления ядерного магнитного резонанса: прошлое, настоящее, будущее /, Ю.А. Литманович, А.К. Вершовский // Материалы 7 российской мультиконференции по проблемам управления. - СПб: Изд-во «ЦНИИ «Электроприбор»», 2014. - С. 35-42.21. Peshekhonov V.G. Gyroscope based on the phenomenon of nuclear magnetic resonance: past, present, future /, Yu.A. Litmanovich, A.K. Vershovsky // Materials of the 7th Russian multi-conference on management problems. - St. Petersburg: Publishing house “Central Research Institute “Electropribor””, 2014. - P. 35-42.

22. Ривкин Б.С Аналитический обзор состояния исследований и разработок в области навигации за рубежом. Выпуски 1-4. СПб.: Изд-во ЦНИИ «Электроприбор», 2017-2019.22. Rivkin B.S. Analytical review of the state of research and development in the field of navigation abroad. Issues 1-4. St. Petersburg: Publishing house of the Central Research Institute "Electropribor", 2017-2019.

23. Решетников В.И. Гироскопические чувствительные элементы для систем управления ориентацией и стабилизации орбитальных космических аппаратов. / Доронин В.П. [и др.] // 8 Санкт - Петербургская международная конференция по интегрированным навигационным системам. - СПб.: Изд. - во ЦНИИ "Электроприбор", 2001. - С. 17-30.23. Reshetnikov V.I. Gyroscopic sensing elements for attitude control and stabilization systems of orbital spacecraft. / Doronin V.P. [etc.] // 8 St. Petersburg International Conference on Integrated Navigation Systems. - St. Petersburg: Publishing house. - in the Central Research Institute "Electropribor", 2001. - P. 17-30.

24. Решетников В.И. Опыт создания высокоточных поплавковых гироприборов, применяемых в системах угловой ориентации и стабилизации космических аппаратов и станций. / Волынцев А.А. [и др.] //10 Санкт - Петербургская международная конференция по интегрированным навигационным системам. - СПб.: Изд. - во ЦНИИ "Электроприбор", 2003. - С. 226-234.24. Reshetnikov V.I. Experience in creating high-precision float gyro devices used in angular orientation and stabilization systems for spacecraft and stations. / Volyntsev A.A. [etc.] //10 St. Petersburg International Conference on Integrated Navigation Systems. - St. Petersburg: Publishing house. - in the Central Research Institute "Electropribor", 2003. - P. 226-234.

25. Хрущев В.В. Электрические машины систем автоматики. - Л.: «Энергоиздат», 1985. -с. 4-11, с. 324.25. Khrushchev V.V. Electrical machines of automation systems. - L.: “Energoizdat”, 1985. - p. 4-11, p. 324.

26. Шейнберг С.А., Жедь В.П., Шишеев М.Д. Опоры скольжения с газовой смазкой. -М.: Машиностроение, 1969 - 336 с. 26. Sheinberg S.A., Zhed V.P., Shisheev M.D. Sliding bearings with gas lubrication. -M.: Mechanical Engineering, 1969 - 336 p.

27. Шереметьев А.Г. Волоконный оптический гироскоп.- М.: Радио и связь, 1987. - 152 с. 27. Sheremetyev A.G. Fiber optical gyroscope. - M.: Radio and Communications, 1987. - 152 p.

28. Юферов Ф.М. Электрические машины автоматических устройств. - М.: «Высшая школа», 1976 - с. 302.28. Yuferov F.M. Electrical machines automatic devices. - M.: “Higher School”, 1976 - p. 302.

29. Технические характеристики угловых энкодеров фирмы Renishaw: [сайт]. URL: www.renishaw.ru/ru/enclosed-optical-encoders--425273 (дата обращения: 06.12.2021).29. Technical characteristics of Renishaw angular encoders: [website]. URL: www.renishaw.ru/ru/enclosed-optical-encoders--425273 (access date: 12/06/2021).

Claims (3)

1. Универсальный прецизионный мехатронный стенд с инерциальными чувствительными элементами для контроля гироскопических измерителей угловой скорости, содержащий корпус, вал, установленный в корпусе с возможностью вращения, закрепленную на валу основную платформу для установки измерителя угловых скоростей, электродвигатель постоянного тока, содержащий датчик положения и двигатель бесконтактный, выполненные в виде синусно-косинусных вращающих трансформаторов, усилитель мощности электродвигателя постоянного тока, содержащий предварительный усилитель и два усилителя мощности, дополнительную платформу, закрепленную на валу, шесть акселерометров линейных ускорений, три из которых измеряют тангенциальное, а три - центростремительное ускорения точек их крепления к платформе стенда, оси чувствительности которых расположены под углами 120° друг относительно друга для каждой тройки акселерометров, причем каждый из акселерометров имеет датчик угла, датчик момента и усилитель обратной связи, представляющий собой аналоговое или цифровое устройство, а выходная информация каждого акселерометра представляет собой аналоговый или цифровой сигнал; измерительный гироскопический датчик угловой скорости с сервисной электроникой, ось чувствительности которого совмещена с осью вращения вала, а сервисная электроника обеспечивает его работу в режиме измерителя угловой скорости; управляющий процессор, содержащий в том числе порты ввода-вывода и ядро с дополнительной периферией, аналого-цифровой и цифроаналоговые преобразователи, выполненные встроенными в процессор или являющиеся внешними устройствами по отношению к процессору; систему обратной связи стенда, в которой корректирующий контур и устройство формирования разностного сигнала системы управления двигателем стенда реализованы алгоритмическим способом в управляющем процессоре; микроконтроллер, содержащий интерфейс, обеспечивающий передачу информации в последовательном коде по инфракрасному или радиочастотному каналу, причем направление передачи информационного сигнала коллинеарно оси вращения стенда и направлено сверху вниз; приемник инфракрасного или радиочастотного сигналов, закрепленный неподвижно на основании стенда рядом с управляющим процессором в основании стенда, причем направление приема сигнала также коллинеарно оси вращения стенда и направлено снизу вверх, при этом вход преобразователя напряжения питания через линии упругого торцевого токоподвода и контакты коллектора соединен с выходом стационарного источника питания, а выходы преобразователя напряжения соединены с соответствующими входами блоков, закрепленных на вале; управляющий компьютер, находящийся в режиме обмена через стандартный интерфейс с портом ввода-вывода управляющего процессора; угловой энкодер, содержащий диск и две считывающие оптические головки, которые через преобразователь сигнала соединены с портом ввода-вывода управляющего процессора, причем для съема информации применена пара считывающих оптических головок, расположенных под углом 180°, для исключения влияния эксцентриситетов крепления диска углового энкодера на выходную информацию об угловом положении платформы стенда, отличающийся тем, что в систему управления стендом введен второй прецизионный измеритель угловой скорости, а в системы управления датчиков угловой скорости и акселерометров введены фильтры, полоса пропускания которых обеспечивает вырезание высокочастотных и низкочастотных колебаний, в том числе повышенной амплитуды на резонансных частотах, возбуждаемых при работе аэростатического подвеса.1. A universal precision mechatronic stand with inertial sensitive elements for monitoring gyroscopic angular velocity meters, containing a housing, a shaft installed in the housing with the possibility of rotation, a main platform mounted on the shaft for installing an angular velocity meter, a DC electric motor containing a position sensor and a contactless motor , made in the form of sine-cosine rotating transformers, a power amplifier of a DC electric motor containing a pre-amplifier and two power amplifiers, an additional platform mounted on the shaft, six linear acceleration accelerometers, three of which measure tangential and three centripetal accelerations of their attachment points to the stand platform, the sensitivity axes of which are located at angles of 120° relative to each other for each trio of accelerometers, and each of the accelerometers has an angle sensor, a torque sensor and a feedback amplifier, which is an analog or digital device, and the output information of each accelerometer is an analog or digital signal; a measuring gyroscopic angular velocity sensor with service electronics, the sensitivity axis of which is aligned with the shaft rotation axis, and the service electronics ensure its operation in the angular velocity meter mode; a control processor, including input-output ports and a core with additional peripherals, analog-to-digital and digital-to-analog converters built into the processor or being external devices in relation to the processor; a feedback system of the stand, in which the correction circuit and the device for generating the difference signal of the engine control system of the stand are implemented algorithmically in the control processor; a microcontroller containing an interface that ensures the transmission of information in a serial code via an infrared or radio frequency channel, and the direction of transmission of the information signal is collinear to the axis of rotation of the stand and directed from top to bottom; a receiver of infrared or radio frequency signals, fixedly mounted on the base of the stand next to the control processor at the base of the stand, and the direction of signal reception is also collinear to the axis of rotation of the stand and directed from bottom to top, while the input of the supply voltage converter is connected to the output through the lines of the elastic end current lead and the collector contacts stationary power source, and the outputs of the voltage converter are connected to the corresponding inputs of blocks mounted on the shaft; a control computer in exchange mode via a standard interface with the I/O port of the control processor; an angular encoder containing a disk and two optical readout heads, which are connected through a signal converter to the input/output port of the control processor, and a pair of optical readout heads located at an angle of 180° are used to retrieve information to eliminate the influence of the eccentricities of mounting the angular encoder disk on the output information about the angular position of the stand platform, characterized in that a second precision angular velocity meter is introduced into the stand control system, and filters are introduced into the control systems of angular velocity sensors and accelerometers, the passband of which ensures cutting out high-frequency and low-frequency oscillations, including increased amplitude on resonant frequencies excited during the operation of the aerostatic suspension. 2. Стенд по п. 1, отличающийся тем, что в качестве первого измерителя угловой скорости использован прецизионный измеритель угловой скорости, обладающий широким диапазоном измерения угловых скоростей с достаточно широкой полосой пропускания, в обратную связь которого введен фильтр, обеспечивающий вырезание высокочастотных помех, возбуждаемых аэростатическим подвесом, а в качестве второго измерителя угловой скорости используется прецизионный поплавковый гироскопический измеритель угловой скорости с газодинамической опорой ротора и магнитным центрированием его подвеса, обладающий узким диапазоном измерения угловых скоростей и достаточно узкой полосой пропускания, в обратную связь которого введен фильтр, обеспечивающий вырезание низкочастотных помех, возбуждаемых аэростатическим подвесом, причем оба измерителя угловой скорости выполнены с возможностью работы как инерциальными чувствительными элементами стенда, так и с возможностью нахождения в режиме «самоконтроля».2. The stand according to claim 1, characterized in that as the first angular velocity meter, a precision angular velocity meter is used, which has a wide range of measuring angular velocities with a sufficiently wide bandwidth, in the feedback of which a filter is introduced that ensures cutting out high-frequency interference excited by aerostatic suspension, and as a second angular velocity meter, a precision float gyroscopic angular velocity meter with a gas-dynamic rotor support and magnetic centering of its suspension is used, which has a narrow range of measuring angular velocities and a fairly narrow bandwidth, in the feedback of which a filter is introduced to cut out low-frequency interference, excited by an aerostatic suspension, and both angular velocity meters are made with the ability to operate both as inertial sensitive elements of the stand and with the ability to be in the “self-control” mode. 3. Стенд по п. 1 или 2, отличающийся тем, что в качестве прецизионного измерителя линейных ускорений, измеряющего тангенциальное ускорение точек их крепления к платформе стенда, использован прецизионный измеритель линейных ускорений, обладающий узкой полосой пропускания и небольшим диапазоном измерения ускорений для измерения и компенсации колебаний платформы от вредных моментов по оси вращения, а в качестве прецизионного измерителя линейных ускорений, измеряющего центростремительное ускорение точек их крепления к платформе стенда, использован прецизионный измеритель линейных ускорений, обладающий широкой полосой пропускания и большим диапазоном измерения ускорений для измерения центростремительного ускорения, в усилители обратной связи измерителей тангенциального ускорения введены фильтры, вырезающие низкочастотные помехи, возбуждаемые аэростатическим подвесом, а в усилители обратной связи измерителей центростремительных ускорений введены фильтры, вырезающие высокочастотные помехи, возбуждаемые аэростатическим подвесом.3. The stand according to claim 1 or 2, characterized in that a precision linear acceleration meter with a narrow bandwidth and a small acceleration measurement range for measurement and compensation is used as a precision linear acceleration meter that measures the tangential acceleration of the points of their attachment to the stand platform vibrations of the platform from harmful moments along the axis of rotation, and as a precision meter of linear accelerations, measuring the centripetal acceleration of the points of their attachment to the platform of the stand, a precision meter of linear accelerations is used, which has a wide bandwidth and a large range of acceleration measurements for measuring centripetal acceleration, in the feedback amplifiers In connection with the tangential acceleration meters, filters were introduced that cut out low-frequency interference excited by the aerostatic suspension, and filters were introduced into the feedback amplifiers of the centripetal acceleration meters that cut out high-frequency interference excited by the aerostatic suspension.
RU2022129573A 2022-11-15 Universal precision mechatronic stand with inertial sensing elements for monitoring gyroscopic angular velocity meters RU2804762C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2804762C1 true RU2804762C1 (en) 2023-10-05

Family

ID=

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2162230C1 (en) * 2000-03-13 2001-01-20 Ачильдиев Владимир Михайлович Wide-range bed to test platform-free inertial measuring units
RU2378618C2 (en) * 2008-02-18 2010-01-10 ФГУП "Научно-производственный центр автоматики и приборостроения им.академика Н.А.Пилюгина" (ФГУП "НПЦАП им.академика Н.А.Пилюгина") Wide-range stand to control angular speed metres
RU2494345C1 (en) * 2012-01-16 2013-09-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственный центр автоматики и приборостроения им. Академика Н.А. Пилюгина" (ФГУП "НПЦАП") Multi-purpose wide-range test bench for monitoring of angular velocity metres
RU2602736C1 (en) * 2015-08-03 2016-11-20 Закрытое акционерное общество "Газприборавтоматикасервис" Method and device for calibration of inertial measurement modules
US9857198B2 (en) * 2015-02-04 2018-01-02 Bae Systems Information And Electronic Systems Integration Inc. Apparatus and method for inertial sensor calibration

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2162230C1 (en) * 2000-03-13 2001-01-20 Ачильдиев Владимир Михайлович Wide-range bed to test platform-free inertial measuring units
RU2378618C2 (en) * 2008-02-18 2010-01-10 ФГУП "Научно-производственный центр автоматики и приборостроения им.академика Н.А.Пилюгина" (ФГУП "НПЦАП им.академика Н.А.Пилюгина") Wide-range stand to control angular speed metres
RU2494345C1 (en) * 2012-01-16 2013-09-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственный центр автоматики и приборостроения им. Академика Н.А. Пилюгина" (ФГУП "НПЦАП") Multi-purpose wide-range test bench for monitoring of angular velocity metres
US9857198B2 (en) * 2015-02-04 2018-01-02 Bae Systems Information And Electronic Systems Integration Inc. Apparatus and method for inertial sensor calibration
RU2602736C1 (en) * 2015-08-03 2016-11-20 Закрытое акционерное общество "Газприборавтоматикасервис" Method and device for calibration of inertial measurement modules

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN204831330U (en) Three -axle table&#39;s attitude sensor test system
US2591697A (en) Stable reference apparatus
US4823626A (en) Inertial sensor arrangement
US3350916A (en) Accelerometer calibration on inertial platforms
RU2494345C1 (en) Multi-purpose wide-range test bench for monitoring of angular velocity metres
CN111829503B (en) Method and device for testing threshold value of fiber-optic gyroscope
CN105716595B (en) A kind of rotor deflection modulation error compensation method of suspension class gyroscope
US4520669A (en) Cross-axis acceleration compensation for angular rate sensing apparatus
CN104819729A (en) Liquid-floated gyroscope system and damping ratio compensating test method thereof
RU2403538C1 (en) Universal test bench to control precision gyro angular velocity metres
US4444053A (en) Sensor assembly for strapped-down attitude and heading reference system
CN110849294A (en) Turntable non-orthogonality test method based on fiber-optic gyroscope
RU2804762C1 (en) Universal precision mechatronic stand with inertial sensing elements for monitoring gyroscopic angular velocity meters
US3463016A (en) Vibra-rotor gyroscopes
RU2295113C2 (en) Inertial measuring instrument
RU2339912C1 (en) Spin-rate meter control stand
US3140482A (en) System providing error rate damping of an autonavigator
US4462254A (en) Sensor assembly having means for cancellation of harmonic induced bias from a two-axis linear accelerometer
US4706389A (en) Attitude displacement measurement apparatus
CN109827594A (en) Axial symmetry gyroscope zero-bit self-compensating system and method based on plane modal rotation
CN204535722U (en) Liquid floated gyroscope system
CN111457920B (en) Rotation angle measuring method based on accelerometer
CN105091789A (en) High-precision angle measurement device based on spatial four-frequency differential laser gyroscope, and installation calibration method for high-precision angle measurement device
RU2044274C1 (en) Stand for testing precision angular velocity gyroscopic pickup
Shen et al. Design and realization of low-cost, fast and high-precision fog north finder