RU2494345C1 - Multi-purpose wide-range test bench for monitoring of angular velocity metres - Google Patents

Multi-purpose wide-range test bench for monitoring of angular velocity metres Download PDF

Info

Publication number
RU2494345C1
RU2494345C1 RU2012101374/28A RU2012101374A RU2494345C1 RU 2494345 C1 RU2494345 C1 RU 2494345C1 RU 2012101374/28 A RU2012101374/28 A RU 2012101374/28A RU 2012101374 A RU2012101374 A RU 2012101374A RU 2494345 C1 RU2494345 C1 RU 2494345C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
shaft
angular velocity
stand
outputs
input
Prior art date
Application number
RU2012101374/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2012101374A (en
Inventor
Дмитрий Михайлович Калихман
Лариса Яковлевна Калихман
Юрий Васильевич Садомцев
Екатерина Александровна Депутатова
Сергей Федорович Нахов
Александр Илларьевич Сапожников
Ефим Леонидович Межирицкий
Виталий Меркурьевич Никифоров
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственный центр автоматики и приборостроения им. Академика Н.А. Пилюгина" (ФГУП "НПЦАП")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственный центр автоматики и приборостроения им. Академика Н.А. Пилюгина" (ФГУП "НПЦАП") filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственный центр автоматики и приборостроения им. Академика Н.А. Пилюгина" (ФГУП "НПЦАП")
Priority to RU2012101374/28A priority Critical patent/RU2494345C1/en
Publication of RU2012101374A publication Critical patent/RU2012101374A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2494345C1 publication Critical patent/RU2494345C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Gyroscopes (AREA)

Abstract

FIELD: measurement equipment.
SUBSTANCE: test bench includes a housing, a shaft, the main platform, on which there installed is an angular velocity metre, an electric motor, the first power amplifier, an annular manifold, an additional platform fixed on the shaft, on which six accelerometers and a measuring sensor of angular velocity is installed; an elastic end current lead containing upper and lower blocks, and golden conductors of power supply, two hermetically sealed reed relays fixed on lower block, a magnet interacting with hermetically sealed reed relays, a cylindrical sleeve suspended in the housing on ball bearing supports coaxially with the shaft, and a rod. Upper block of current lead is fixed on the shaft, and lower block is fixed on the cylindrical sleeve, a torsion bar is arranged in the shaft cavity and attached with its lower end to an end face of a hollow shaft section and with its upper end to the rod middle part. A tracking mechanism includes a pulse inching motor and a gear transmission; at that, the inching motor is fixed on the housing through a shock absorber; an outlet link of the gear transmission is fixed on the cylindrical sleeve coaxial to it. A control unit of the tracking mechanism consists of the first microcontroller, a control driver and the second power amplifier, and a control processor. Besides, the test bench includes an angular encoder containing a disk and two reading optic heads located at an angle of 180° to each other. The test bench includes a conversion unit of power supply, an information conversion unit containing an analogue-to-digital converter, a programmed logic integral diagram, a BPI bus and the second microcontroller with an interface providing remote transfer of information, and a signal receiver.
EFFECT: improving reproduction accuracy of angular velocities.
3 cl, 5 dwg

Description

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

Известен широкодиапазонный стенд [12] 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, причем датчик положения имеет один вход и два выхода, а двигатель бесконтактный имеет два входа; усилитель мощности электродвигателя постоянного тока, содержащий предварительный усилитель с одним входом и одним выходом и два усилителя мощности, каждый из которых имеет один вход и один выход, причем выход предварительного усилителя соединен с входом датчика положения, один выход которого соединен с входом первого усилителя мощности, а второй выход с входом второго усилителя мощности, выход каждого усилителя мощности соединен с соответствующей обмоткой двигателя бесконтактного; четыре датчика Холла и взаимодействующий с ними магнит, кольцевой коллектор, состоящий из коллекторной втулки и щеток для подвода питания, дополнительную платформу, закрепленную на валу, шесть кварцевых маятниковых акселерометров, гироскопический датчик угловой скорости, цилиндрическую втулку, стержень, ленточный торсион, упругий торцевой токоподвод, два геркона, взаимодействующий с герконами магнит, механизм отслеживания, компьютер, аналоге - цифровой преобразователь, плату цифровых портов ввода - вывода, усилитель системы стабилизации с сумматором, входящим в его состав, блок управления механизмом отслеживания, причем гироскопический датчик угловой скорости и акселерометры закреплены на дополнительной платформе, оси чувствительности трех акселерометров для измерения тангенциального ускорения перпендикулярны соответствующим радиусам дополнительной платформы, а оси чувствительности трех акселерометров для измерения центростремительного ускорения ориентированы вдоль соответствующих радиусов дополнительной платформы, каждый акселерометр содержит кварцевую пластину, емкостной датчик угла и магнитоэлектрический датчик момента, соединенные последовательно через соответствующие усилители обратной связи, каждый из которых содержит предварительный усилитель, фазочувствительный выпрямитель, корректирующий контур и усилитель мощности, гироскопический датчик угловой скорости содержит датчик угла и датчик момента, соединенные последовательно через усилитель обратной связи, содержащий предварительный усилитель, фазочувствительный выпрямитель, корректирующий контур и усилитель мощности, а ось чувствительности гироскопического датчика угловой скорости параллельна оси вала, упругий торцевой токоподвод содержит верхнюю и нижнюю колодки и золотые проводники подвода питания, прикрепленные к колодкам, два геркона закреплены на нижней колодке с обеспечением угла 8 градусов между контактами герконов, магнит закреплен на верхней колодке в среднем положении между контактами герконов, цилиндрическая втулка подвешена в корпусе на шарикоподшипниковых опорах соосно с валом, проходящим внутри цилиндрической втулки, верхняя колодка упругого торцевого токоподвода закреплена на валу, а нижняя колодка - на цилиндрической втулке, вал выполнен полым на одном участке своей длины, ленточный торсион размещен в полости вала и прикреплен нижним концом к торцу полого участка вала, а верхним концом к середине стержня, который расположен перпендикулярно оси вала, проходит через отверстия цилиндрического полого участка вала и прикреплен двумя концами к торцам цилиндрической втулки, жестко соединенной с коллекторной втулкой, механизм отслеживания содержит импульсный шаговый двигатель и зубчатую передачу, при этом шаговый двигатель прикреплен к корпусу через амортизатор, выходное звено зубчатой передачи закреплено на цилиндрической втулке соосно с ней, блок управления механизмом отслеживания имеет два входа, соединенных с герконами, и четыре выхода, соединенных с обмотками импульсного шагового двигателя, причем для регистрации угла разворота платформы в фиксированных точках четыре датчика Холла располагаются через каждые 90° на корпусе стенда, а взаимодействующий с ними магнит - на основной платформе стенда [7, 12]. Недостатки аналога заключаются в следующем.A wide-range stand [12] is known for monitoring angular velocity meters, comprising a housing, a shaft mounted rotatably in the housing, a main platform for mounting an angular velocity meter mounted on a shaft, a direct current electric motor comprising a position sensor and a non-contact motor made in the form of a sinus - cosine rotary transformers, the position sensor has one input and two outputs, and the non-contact motor has two inputs; a power amplifier of a DC motor containing a pre-amplifier with one input and one output and two power amplifiers, each of which has one input and one output, the output of the pre-amplifier connected to the input of the position sensor, one output of which is connected to the input of the first power amplifier, and the second output with the input of the second power amplifier, the output of each power amplifier is connected to the corresponding winding of a non-contact motor; four Hall sensors and a magnet interacting with them, an annular collector consisting of a collector sleeve and brushes for supplying power, an additional platform mounted on the shaft, six quartz pendulum accelerometers, a gyroscopic angular velocity sensor, a cylindrical sleeve, a rod, a torsion bar, an elastic end current lead , two reed switches, a magnet interacting with the reed switches, a tracking mechanism, a computer, an analog - a digital converter, a board of digital input / output ports, an amplifier of the stabilization system and with an adder included in its composition, a control unit for the tracking mechanism, the gyroscopic angular velocity sensor and accelerometers mounted on an additional platform, the sensitivity axes of three accelerometers for measuring tangential acceleration are perpendicular to the respective radii of the additional platform, and the sensitivity axes of three accelerometers for measuring centripetal acceleration are oriented along the respective radii of the additional platform, each accelerometer contains a quartz a plate, a capacitive angle sensor and a magnetoelectric torque sensor connected in series through respective feedback amplifiers, each of which contains a preliminary amplifier, a phase-sensitive rectifier, a correction circuit and a power amplifier, a gyroscopic angular velocity sensor contains an angle sensor and a torque sensor connected in series through a feedback amplifier communication containing a pre-amplifier, phase-sensitive rectifier, correction circuit and power amplifier, and about the sensitivity of the gyroscopic angular velocity sensor is parallel to the axis of the shaft, the elastic end current lead contains upper and lower pads and gold power supply conductors attached to the pads, two reed switches are mounted on the lower block, providing an angle of 8 degrees between the contacts of the reed switches, the magnet is fixed on the upper block on average position between the contacts of the reed switches, the cylindrical sleeve is suspended in the housing on ball-bearing bearings coaxially with the shaft passing inside the cylindrical sleeve, the upper block of the other end current lead is fixed to the shaft, and the lower block is mounted on the cylindrical sleeve, the shaft is hollow in one section of its length, the tape torsion is placed in the cavity of the shaft and attached with its lower end to the end of the hollow shaft section, and the upper end to the middle of the shaft, which is perpendicular the axis of the shaft, passes through the holes of the cylindrical hollow section of the shaft and is attached by two ends to the ends of the cylindrical sleeve, rigidly connected to the collector sleeve, the tracking mechanism contains a pulsed step motion gear and gear, while the stepper motor is attached to the housing through a shock absorber, the output link of the gear is fixed to the cylindrical sleeve coaxially with it, the control unit of the tracking mechanism has two inputs connected to the reed switches, and four outputs connected to the windings of the pulse stepper motor, moreover, to register the angle of rotation of the platform at fixed points, four Hall sensors are located every 90 ° on the stand’s body, and the magnet interacting with them is located on the main stand’s platform [7, 12]. The disadvantages of the analogue are as follows.

1. Акселерометры, измеряющие центростремительное ускорение точек их крепления к платформе стенда, используемые в высокоскоростном режиме как измерители угловой скорости, измеряли квадрат угловой скорости (ац=ω2·R), что приводило к зависимости полосы пропускания и величины масштабного коэффициента стенда от угловой скорости, это приводило к необходимости обеспечивать калибровку установки в каждом скоростном диапазоне;1. Accelerometers that measure centripetal acceleration of the points of attachment to the stand platform used in high speed mode as the angular velocity meters, measured square of the angular velocity (and u = ω 2 · R), that leads to the dependence of bandwidth and the magnitude of the scale factor of the angular stand speed, this led to the need to ensure calibration of the installation in each speed range;

2. Так как фотоэлектрические муаровые датчики угла имеют динамические ошибки, возрастающие при увеличении угловой скорости свыше 30°/с, то их применение в данной конструкции стенда было нецелесообразным, а в качестве измерителей угла использовались четыре датчика Холла, позволяющие точно фиксировать угол через каждые 90° при условии совершения платформой стенда полного оборота, однако точное значение угла в любой точке разворота платформы получить прямым способом измерения было невозможно [12].2. Since photoelectric moiré angle sensors have dynamic errors that increase with an increase in angular velocity above 30 ° / s, their use in this stand design was impractical, and four Hall sensors were used as angle meters, which make it possible to accurately record the angle every 90 ° provided that the platform made the stand a full turn, however, the exact value of the angle at any point of the turn of the platform to obtain a direct measurement method was impossible [12].

3. Стенд обладал аналоговой обратной связью, что исключало ее модернизацию без изменения элементной базы и структуры, а, соответственно, в конечном счете при изменении каких - либо параметров стенда (как, например, момента инерции платформы, корректировки динамических свойств системы управления), требовало разработки новой математической модели и проектирования нового электронного устройства, обеспечивающего устойчивость стенда как системы автоматического управления.3. The stand had analog feedback, which excluded its modernization without changing the element base and structure, and, accordingly, ultimately, when changing any parameters of the stand (such as the moment of inertia of the platform, adjusting the dynamic properties of the control system), it required developing a new mathematical model and designing a new electronic device that ensures the stability of the stand as an automatic control system.

4. Стенд имел возможность задания либо постоянных по величине и направлению, либо гармонически изменяющихся угловых скоростей, но не имел возможности программного задания угловых колебаний платформы по любому требуемому закону.4. The stand had the ability to set either constant in magnitude and direction, or harmonically varying angular velocities, but did not have the ability to programmatically specify the angular oscillations of the platform according to any required law.

5. ЭВМ в стенде являлась регистрирующим, но не управляющим устройством, что было обусловлено развитием вычислительной техники в момент подачи заявки на аналог, а также недостаточными ресурсами процессора, это значительно ограничивало возможности стенда.5. The computer in the stand was a recording, but not a control device, which was due to the development of computer technology at the time of filing an application for an analogue, as well as insufficient processor resources, this greatly limited the capabilities of the stand.

Известен стенд для контроля прецизионных датчиков угловых скоростей, содержащий основание для закрепления на нем с возможностью вращения вокруг измерительной оси стенда контролируемого измерителя угловой скорости с датчиками угла и момента, соединенными через усилитель обратной связи и расположенными по выходной оси датчика угловой скорости, коллектор подвода питания к контролируемому датчику угловой скорости, задатчик эталонного напряжения, сумматор и усилитель стабилизации, соединенные последовательно, фотоэлектрический муаровый датчик угла, расположенный на оси вращения стенда, фазовый интерполятор и блок преобразования информации фотоэлектрического датчика угла, соединенные последовательно, блок преобразования информации датчика угловой скорости, электродвигатель постоянного тока, выполненный по бесконтактной схеме синусно-косинусного вращающего трансформатора, когда вход блока преобразования информации датчика угловой скорости и первый вход сумматора соединены с выходом усилителя обратной связи, а выход задатчика эталонного напряжения соединен со вторым входом сумматора, причем первый, второй и третий выходы усилителя стабилизации соединены с первым, вторым и третьим входами электродвигателя постоянного тока, первый и второй выходы которого соединены со вторым и третьим входами усилителя стабилизации [7, 17]. Таким образом стенд был построен по аналогии с одноосным гироскопическим стабилизатором, работающем в режиме пространственного разворота и датчиком угловой скорости в качестве инерциального чувствительного элемента, где контролируемый ДУС одновременно являлся и чувствительным элементом, и испытуемым прибором, т.е. находился в режиме «самоконтроля».A known stand for monitoring precision angular velocity sensors, containing a base for mounting on it with the possibility of rotation around the measuring axis of the stand of the controlled angular velocity meter with angle and moment sensors connected through a feedback amplifier and located on the output axis of the angular velocity sensor, a power supply collector to controlled angular velocity sensor, reference voltage regulator, adder and stabilization amplifier connected in series, photoelectric moire the second angle sensor located on the rotation axis of the stand, the phase interpolator and the photoelectric angle sensor information conversion unit connected in series, the angular velocity sensor information conversion unit, the DC motor made by the non-contact sine-cosine rotary transformer when the input of the sensor information conversion unit the angular velocity and the first input of the adder are connected to the output of the feedback amplifier, and the output of the reference voltage master is connected to torym input of the adder, wherein the first, second and third outputs of the amplifier stabilization connected to the first, second and third inputs of the DC motor, the first and second outputs which are connected to second and third inputs of the amplifier stabilization [7, 17]. Thus, the stand was built by analogy with a uniaxial gyroscopic stabilizer operating in a spatial reversal mode and an angular velocity sensor as an inertial sensing element, where the controlled TLS was both a sensitive element and a test device, i.e. was in the "self-control" mode.

Недостатки аналога заключались в следующем. Стенд был предназначен для контроля ДУС только одного типа - электромеханических датчиков угловой скорости с электрической обратной связью, а испытания измерителей угловой скорости иного класса и принципа действия, таких как лазерные, волоконно-оптические, волновые твердотельные и др., на данном стенде были невозможны.The disadvantages of the analogue were as follows. The stand was designed to control the DCS of only one type - electromechanical angular velocity sensors with electric feedback, and testing angular velocity meters of a different class and principle of operation, such as laser, fiber optic, wave solid state, etc., was impossible on this stand.

Стенд рассчитывался как единая двухконтурная аналоговая система автоматического управления, т.е. «самоконтролю» могли подвергаться электромеханические измерители угловой скорости лишь одного типа с неизменной структурой регулятора. Контроль электромеханического ДУС другого типа с иной структурой регулятора требовал пересчета всей системы управления. Остальные недостатки аналога соответствуют пунктам 2-5 рассмотренного выше технического решения.The stand was calculated as a single double-circuit analog automatic control system, i.e. Electromechanical angular velocity meters of only one type could be subjected to "self-control" with an unchanged regulator structure. The control of an electromechanical TLS of a different type with a different regulator structure required the recalculation of the entire control system. The remaining disadvantages of the analogue correspond to paragraphs 2-5 of the above technical solution.

В качестве прототипа к заявляемому принят наиболее близкий по совокупности существенных признаков широкодиапазонный стенд для контроля измерителей угловых скоростей [9, 13], содержащий корпус, вал, установленный в корпусе с возможностью вращения, закрепленную на валу основную платформу для установки измерителя угловых скоростей, электродвигатель постоянного тока, усилитель мощности, кольцевой коллектор, состоящий из коллекторной втулки и щеток для подвода питания, 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, измерительный гироскопический датчик угловой скорости с сервисной электроникой, ось чувствительности которого совмещена с осью вращения вала, цилиндрическую втулку, стержень, ленточный торсион, упругий торцевой токоподвод, два геркона, взаимодействующий с герконами магнит, механизм отслеживания, причем упругий торцевой токоподвод содержит верхнюю и нижнюю гетинаксовые колодки и золотые проводники подвода питания, прикрепленные к колодкам, два геркона закреплены на нижней колодке с обеспечением угла 8 градусов между контактами герконов, магнит закреплен на верхней колодке в среднем положении между контактами герконов, цилиндрическая втулка подвешена в корпусе на шарикоподшипниковых опорах соосно с валом, проходящим внутри цилиндрической втулки, верхняя колодка упругого торцевого токоподвода закреплена на валу, а нижняя колодка - на цилиндрической втулке, вал выполнен полым на одном участке своей длины, ленточный торсион размещен в полости вала и прикреплен нижним концом к торцу полого участка вала, а верхним концом к середине стержня, который расположен перпендикулярно оси вала и проходит через отверстия цилиндрического полого участка вала, он прикреплен двумя концами к торцам цилиндрической втулки, жестко соединенной с коллекторной втулкой, механизм отслеживания содержит импульсный шаговый двигатель и зубчатую передачу, при этом шаговый двигатель прикреплен к корпусу через амортизатор, выходное звено зубчатой передачи закреплено на цилиндрической втулке соосно с ней, блок управления механизмом отслеживания имеет два входа, соединенных с герконами, и четыре выхода, соединенных с обмотками импульсного шагового двигателя, причем выходы левого и правого герконов, закрепленных на нижней колодке упругого торцевого токоподвода, соединены, соответственно, с первым и вторым входом микроконтроллера, входящего в состав блока управления механизмом отслеживания стенда, состоящего из микроконтроллера, драйвера управления и усилителя мощности, а четыре выхода микроконтроллера соединены с четырьмя входами драйвера управления, четыре выхода которого соединены с четырьмя входами усилителя мощности, четыре выхода которого, в свою очередь, соединены с четырьмя соответствующими обмотками шагового двигателя механизма отслеживания стенда, порт ввода - вывода микроконтроллера соединен с пятым портом ввода - вывода управляющего процессора, при этом микроконтроллер находится в режиме обмена с процессором через стандартный интерфейс; управляющий процессор, содержащий в том числе порты ввода-вывода и ядро с дополнительной периферией, аналого-цифровой и цифроаналоговые преобразователи, которые могут быть как встроенными в процессор, так и внешними устройствами по отношению к процессору; вход предварительного усилителя мощности соединен с выходом цифроаналогового преобразователя, соединенного своим входом с первым портом ввода-вывода управляющего процессора; управляющий компьютер, находящийся в режиме обмена через стандартный интерфейс с третьим портом ввода-вывода управляющего процессора; угловой энкодер, содержащий диск и две считывающие оптические головки, которые через преобразователь сигнала соединены с четвертым 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.As a prototype, the claimed one adopted the closest in terms of essential features a wide-range stand for monitoring angular velocity meters [9, 13], comprising a housing, a shaft mounted in the housing rotatably mounted on the shaft of the main platform for installing the angular velocity meter, a constant motor current, power amplifier, ring collector, consisting of a collector sleeve and brushes for power supply, an additional platform mounted on the shaft, six accelerometers linear accelerations, three of which measure tangential acceleration, and three - centripetal acceleration of the points of their attachment to the platform of the bench, the sensitivity axes of which are located at angles of 120 ° relative to each other for each three accelerometers, each of the accelerometers has an angle sensor, a torque sensor and a feedback amplifier communication, measuring gyroscopic angular velocity sensor with service electronics, the sensitivity axis of which is combined with the axis of rotation of the shaft, a cylindrical sleeve, a rod, a tape torsion, pack an angled end current lead, two reed switches, a magnet interacting with the reed switches, a tracking mechanism, the elastic end lead contains upper and lower getinax blocks and gold power supply conductors attached to the blocks, two reed switches are mounted on the lower block providing an angle of 8 degrees between the contacts of the reed switches, the magnet is mounted on the upper block in the middle position between the contacts of the reed switches, the cylindrical sleeve is suspended in the housing on ball bearings in alignment with the shaft passing inside the cylinder axial sleeve, the upper block of the elastic end-face current supply is fixed to the shaft, and the lower block is mounted on the cylindrical sleeve, the shaft is hollow in one section of its length, the tape torsion is placed in the cavity of the shaft and attached with the lower end to the end of the hollow shaft section, and the upper end to the middle the rod, which is perpendicular to the axis of the shaft and passes through the holes of the cylindrical hollow section of the shaft, it is attached by two ends to the ends of the cylindrical sleeve, rigidly connected to the collector sleeve, the tracking mechanism The device contains a pulsed stepper motor and gear transmission, while the stepper motor is attached to the housing through a shock absorber, the output link of the gear transmission is mounted coaxially with it, the control mechanism of the tracking mechanism has two inputs connected to the reed switches, and four outputs connected to the windings pulse stepper motor, and the outputs of the left and right reed switches mounted on the bottom block of the elastic end current lead connected, respectively, with the first and second input of the microcontrol An era, which is part of the control unit of the stand tracking mechanism, consisting of a microcontroller, a control driver, and a power amplifier, and four outputs of the microcontroller are connected to four inputs of a control driver, four outputs of which are connected to four inputs of a power amplifier, the four outputs of which, in turn, connected to the four corresponding windings of the stepper motor of the stand tracking mechanism, the input / output port of the microcontroller is connected to the fifth input / output port of the control process and, while the microcontroller is in exchange mode with the processor via a standard interface; a control processor, including including I / O ports and a core with additional peripherals, analog-to-digital and digital-to-analog converters, which can be either integrated into the processor or external devices with respect to the processor; the input of the preliminary power amplifier is connected to the output of the digital-to-analog converter, connected by its input to the first input-output port of the control processor; a control computer in exchange mode through a standard interface with a third input / output port of the control processor; an angular encoder containing a disk and two reading optical heads, which are connected through a signal converter to the fourth input / output port of the control processor, and a pair of reading optical heads located at an angle of 180 ° are used to collect information to eliminate the influence of the eccentricities of the mounting of the disk of the angle encoder on output information about the angular position of the stand platform.

Недостатки прототипа заключаются в следующем:The disadvantages of the prototype are as follows:

1. Моменты трения по оси вращения вала имели две составляющие: момент трения в шарикоподшипниковых опорах подвеса вала и момент трения в щетках коллектора. Механизм отслеживания обеспечивал разгрузку шарикоподшипниковых опор от веса платформы, что минимизировало первую составляющую момента трения, однако, коллектор подвода питания имел, как правило, много колец, некоторые из которых должны были быть рассчитаны на значительные величины токов, что создавало значительную величину второй составляющей момента от трения щеток и колец подвода питания.1. The friction moments along the axis of rotation of the shaft had two components: the moment of friction in the ball-bearing bearings of the shaft suspension and the moment of friction in the brushes of the collector. The tracking mechanism ensured that the ball bearings were unloaded from the platform weight, which minimized the first component of the friction moment, however, the power supply collector had, as a rule, many rings, some of which had to be designed for significant currents, which created a significant value of the second component of the moment from friction of brushes and power supply rings.

2. Точностные характеристики стенда зависели от точностных характеристик инерциальных чувствительных элементов и в случае их замены требовались изменение конструкции стенда и пересчет дискретных регуляторов.2. The accuracy characteristics of the bench depended on the accuracy characteristics of the inertial sensitive elements, and if they were replaced, a change in the design of the bench and recounting of discrete controllers were required.

3. В случае испытания на стенде измерителя угловой скорости более высокого класса точности, нежели инерциальные чувствительные элементы, возрастали погрешности в определении масштабного коэффициента контролируемого прибора.3. In the case of testing at a bench of an angular velocity meter of a higher accuracy class than inertial sensitive elements, errors in determining the scale factor of the controlled device increased.

Задачей изобретения является расширение функциональных возможностей стенда, универсализация его конструкции и снижение моментов трения, действующих по оси вращения вала, обеспечивающего повышение точности воспроизведения угловых скоростей.The objective of the invention is to expand the functionality of the stand, the universalization of its design and the reduction of friction moments acting along the axis of rotation of the shaft, which improves the accuracy of reproduction of angular velocities.

Поставленная задача достигается тем, что в универсальный широкодиапазонный стенд для контроля измерителей угловой скорости, содержащий корпус, вал, установленный в корпусе с возможностью вращения, закрепленную на валу основную платформу, на которой установлен контролируемый измеритель угловых скоростей (испытуемый прибор), электродвигатель постоянного тока, первый усилитель мощности (УМ1); кольцевой коллектор, дополнительную платформу, закрепленную на валу, на которой установлены шесть акселерометров, первая тройка из которых обеспечивает измерение тангенциального, а вторая тройка - центростремительного ускорения, оси чувствительности которых расположены под углами 120° друг относительно друга для каждой тройки акселерометров, измерительный датчик угловой скорости (ИУС), ось чувствительности которого совмещена с осью вращения вала; цилиндрическую втулку, стержень, ленточный торсион, упругий торцевой токоподвод, два геркона, магнит, механизм отслеживания, причем токоподвод содержит верхнюю и нижнюю колодки, и золотые проводники подвода питания, прикрепленные к колодкам, два геркона, закрепленные на нижней колодке и образующие угол, при котором исключена возможность разрыва или замыкания проводников токоподвода, взаимодействующий с герконами магнит закреплен на верхней колодке между контактами герконов, цилиндрическая втулка подвешена в корпусе на шарикоподшипниковых опорах соосно с валом, проходящим внутри втулки, верхняя колодка токоподвода закреплена на валу, а нижняя колодка - на цилиндрической втулке, вал выполнен полым на одном участке своей длины, ленточный торсион размещен в полости вала и прикреплен нижним концом к торцу полого участка вала, а верхним концом к середине стержня, который расположен перпендикулярно оси вала, проходит через отверстия цилиндрического полого участка вала и прикреплен двумя концами к торцам цилиндрической втулки, жестко соединенной с втулкой коллектора, механизм отслеживания, содержащий импульсный шаговый двигатель и зубчатую передачу, при этом шаговый двигатель прикреплен к корпусу через амортизатор, выходное звено зубчатой передачи закреплено на цилиндрической втулке соосно с ней; блок управления механизмом отслеживания, состоящий из первого микроконтроллера, драйвера управления и второго усилителя мощности (УМ2); управляющего процессора, причем выходы левого и правого герконов соединены, соответственно, с первым и вторым входом первого микроконтроллера (МК1), при этом четыре выхода МК1 соединены с четырьмя входами драйвера управления, четыре выхода которого соединены с четырьмя входами УМ2, четыре выхода которого соединены с четырьмя соответствующими обмотками шагового двигателя, порт ввода-вывода (ПВВ) МК1 соединен с ПВВ5 управляющего процессора; вход УМ1 соединен с выходом цифроаналогового преобразователя, соединенного своим входом с ПВВ1 управляющего процессора; управляющий компьютер, ПВВ2 которого связан с ПВВ3 управляющего процессора через стандартный интерфейс; угловой энкодер, содержащий диск и две считывающие оптические головки, которые через первый преобразователь сигнала соединены с ПВВ4 управляющего процессора, причем указанные головки расположены под углом 180°, выход контролируемого измерителя угловых скоростей связан с входом второго преобразователя сигнала (через коллектор или дистанционно). Отличительной особенностью предлагаемого технического решения является то, что в стенд введены; блок преобразования напряжения питания (БПНП), блок преобразования информации (БПИ), содержащий семиканальный аналого-цифровой преобразователь (АЦП), программируемую логическую интегральную схему (ПЛИС), шину БПИ и второй микроконтроллер (МК2) с передатчиком, закрепленные на дополнительной платформе; приемник сигналов, закрепленный неподвижно на основании стенда, 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 БПИ и МК2, закрепленных на валу; входы шины БПИ соединены с выходами ИУС и каждого из шести акселерометров, с первого по седьмой выходы шины БПИ соединены соответственно, с первым по седьмой входами ПЛИС, а выходы с восьмого по четырнадцатый шины БПИ соединены, соответственно, с первым по седьмой входами АЦП; выходы с первого по седьмой ПЛИС соединены с первым по седьмой входами МК2, а выходы с первого по седьмой АЦП соединены, соответственно, с восьмым по четырнадцатый входами МК2; выход приемника сигнала соединен с ПВВ2 управляющего процессора.This object is achieved in that in a universal wide-range stand for monitoring angular velocity meters, comprising a housing, a shaft mounted rotatably in the housing, a main platform mounted on the shaft on which a controlled angular velocity meter (test device) is mounted, a direct current electric motor, first power amplifier (UM1); an annular collector, an additional platform mounted on a shaft on which six accelerometers are mounted, the first three of which provide tangential measurement, and the second three provide centripetal acceleration, the sensitivity axes of which are located at angles of 120 ° relative to each other for each three of the accelerometers, an angular measuring sensor speed (ICS), the axis of sensitivity of which is combined with the axis of rotation of the shaft; a cylindrical sleeve, a rod, a torsion bar, an elastic end current lead, two reed switches, a magnet, a tracking mechanism, the current lead containing upper and lower blocks, and gold power supply conductors attached to the blocks, two reed switches mounted on the lower block and forming an angle, which excludes the possibility of rupture or shorting of the conductors, the magnet interacting with the reed switches is mounted on the upper block between the contacts of the reed switches, the cylindrical sleeve is suspended in the housing on ball bearings new bearings coaxially with the shaft passing inside the sleeve, the upper block of the current supply is fixed to the shaft, and the lower block is mounted on the cylindrical sleeve, the shaft is hollow in one section of its length, the tape torsion is placed in the cavity of the shaft and attached with its lower end to the end of the hollow section of the shaft, and the upper end to the middle of the rod, which is perpendicular to the axis of the shaft, passes through the holes of the cylindrical hollow section of the shaft and is attached with two ends to the ends of the cylindrical sleeve, rigidly connected to the sleeve of the collector, mechanically gp monitor comprising a pulse stepping motor and a gear, wherein the stepping motor is attached to the housing through the damper gear output member is fixed to the cylindrical sleeve coaxially therewith; a control mechanism control unit, consisting of a first microcontroller, a control driver, and a second power amplifier (UM2); the control processor, and the outputs of the left and right reed switches are connected, respectively, with the first and second input of the first microcontroller (MK1), while the four outputs of MK1 are connected to the four inputs of the control driver, the four outputs of which are connected to the four inputs of UM2, the four outputs of which are connected to four corresponding windings of the stepper motor, the input-output port (I / O) MK1 is connected to the I / O5 of the control processor; input UM1 is connected to the output of the digital-to-analog converter connected by its input to PVV1 of the control processor; a control computer whose PVV2 is connected to the PVV3 of the control processor via a standard interface; an angular encoder containing a disk and two reading optical heads, which are connected through the first signal converter to PVV4 of the control processor, the heads being located at an angle of 180 °, the output of the controlled angular velocity meter is connected to the input of the second signal converter (via a collector or remotely). A distinctive feature of the proposed technical solution is that the stand introduced; a power voltage conversion unit (BPNP), an information conversion unit (BPI) containing a seven-channel analog-to-digital converter (ADC), a programmable logic integrated circuit (FPGA), a BPI bus, and a second microcontroller (MK2) with a transmitter mounted on an additional platform; the signal receiver is fixed motionless on the base of the stand, while the input of the voltage supply converter through the elastic end current supply lines and the collector contacts is connected to the output of the stationary power source, and the voltage converter outputs are connected to the corresponding inputs of the BPI and MK2 mounted on the shaft; inputs of the BPI bus are connected to the outputs of the ICS and each of the six accelerometers, from the first to seventh outputs of the BPI bus are connected respectively to the first to seventh FPGA inputs, and the outputs from the eighth to fourteenth of the BPI bus are connected, respectively, to the first to seventh ADC inputs; the outputs from the first to the seventh FPGAs are connected to the first to seventh inputs of MK2, and the outputs from the first to seventh ADCs are connected, respectively, with the eighth to fourteenth inputs of MK2; the output of the signal receiver is connected to PVV2 of the control processor.

Совокупность существенных признаков, характеризующих заявляемое техническое устройство, позволяет в сравнении с прототипом достигнуть технический результат, заключающийся в следующем:The set of essential features characterizing the claimed technical device, in comparison with the prototype to achieve a technical result, which consists in the following:

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 кажущихся линейных ускорений любого физического принципа действия;1. The universality of the stand is ensured, since without structural changes, only due to reprogramming of the processor, it is possible to ensure the use of angular velocity meters and apparent linear accelerations 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 friction moments in the axis of rotation of the stand are reduced, ie the stability of the angular velocity task is improved due to the exclusion of the information rings of the current-supplying collector from the stand design (two rings for supplying power are left) and the introduction of a wireless system for removing and transmitting information using radio-frequency or infrared information tools in the stand control system.

3. Исключена зависимость точностных характеристик стенда от типов инерциальных чувствительных элементов, примененных в качестве измерительных датчика угловой скорости и кажущихся линейных ускорений.3. The dependence of the accuracy characteristics of the stand on the types of inertial sensitive elements used as measuring sensors for angular velocity and apparent linear accelerations is excluded.

4. Применение радиочастотного или инфракрасного информационного канала позволяет существенно сократить число соединений в электрической схеме стенда, и при этом исключаются ошибки передачи данных, возникающие вследствие возможной потери контакта в щеточном узле токоподводящего коллектора.4. The use of a radio-frequency or infrared information channel can significantly reduce the number of connections in the electrical circuit of the stand, while eliminating data transmission errors that occur due to a possible loss of contact in the brush assembly of the current-supplying collector.

5. Применение углового энкодера в качестве управляющего устройства и введение рассчитанного эталонного значения угловой скорости в контур управления позволяет организовать дополнительную обратную связь по угловой скорости, а, соответственно, улучшить точностные характеристики стенда за счет организации управления от датчиков, имеющих различную физическую природу действия.5. The use of the angular encoder as a control device and the introduction of the calculated reference value of the angular velocity in the control loop allows you to organize additional feedback on the angular velocity, and, accordingly, improve the accuracy characteristics of the stand due to the organization of control from sensors having different physical nature of the action.

6. 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.6. The use of an angular encoder as a control device allows you to provide the third mode of operation of the stand at high speeds up to 10,000 ° / s, when the control is carried out by signals from the angular encoder and three accelerometers that measure the tangential acceleration of their attachment points to the platform of the stand.

7. Конструкция стенда позволяет осуществлять не только контроль испытуемых приборов, закрепленных на его платформе, но и «самоконтроль» инерциальных чувствительных элементов - измерителей угловых скоростей любого класса и принципа действия.7. The design of the stand allows you to carry out not only the control of the tested devices mounted on its platform, but also “self-control” of inertial sensitive elements - angular velocity meters of any class and principle of operation.

8. Конструкция стенда позволяет осуществлять контроль акселерометров в случае использования в системе управления стендом двух акселерометров, измеряющих центростремительное ускорение точек их крепления к платформе стенда, третий акселерометр может использоваться в качестве испытуемого прибора, т.е. стенд может выполнять роль центрифуги.8. The design of the stand allows you to control accelerometers in the case of using two accelerometers in the control system of the stand, measuring the centripetal acceleration of the points of their attachment to the stand platform, the third accelerometer can be used as a test device, i.e. the stand can serve as a centrifuge.

На фиг.1 представлена функционально - кинематическая схема предлагаемого стенда.Figure 1 presents 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 шарикоподшипниках 2, которая является выходной осью стенда. На валу 1 закреплена платформа 3, на которой установлен контролируемый измеритель угловых скоростей (испытуемый прибор) 4. На валу 1 закреплена дополнительная платформа 8, на которой размещены все чувствительные элементы стенда: акселерометры 5, 6 и измерительный датчик угловой скорости - 7. При этом акселерометры 5 в количестве трех закреплены так, что измеряют тангенциальное ускорение. Для этих акселерометров введены обозначения 1τ, 2τ, 3τ. В дальнейшем эти акселерометры (1τ, 2τ, 3τ) будут называться тангенциальными. Оси чувствительности акселерометров 5 лежат в плоскости дополнительной платформы 8 перпендикулярно радиусам R-1 акселерометров 5. Радиусы R1 акселерометров 5 (1τ, 2τ, 3τ) расположены под углами 120° друг к другу. Акселерометры 6 в количестве трех закреплены на дополнительной платформе 8 так, что измеряют центростремительное ускорение. Для этих акселерометров введены обозначения 1ц, 2ц, 3ц. В дальнейшем эти акселерометры (1ц, 2ц, 3ц) будут называться центростремительными. Оси чувствительности акселерометров 6 расположены в плоскости дополнительной платформы 8 коллинеарно радиусам R2=R1 акселерометров 6 в сторону, противоположную действию центростремительного ускорения. Радиусы R2 акселерометров 6 (1ц, 2ц, 3ц) расположены под углами 120° друг к другу. В качестве акселерометров 5 и 6, измеряющих, соответственно, тангенциальное или центростремительные ускорения точек их крепления к платформе стенда могут быть использованы прецизионные измерители линейных ускорений любого типа (кварцевый маятниковый, кремниевый маятниковый, поплавковый, струнный). В качестве измерительного датчика угловой скорости (ИУС) 7 могут быть использованы поплавковый гироскопический датчик угловой скорости (ДУС), волоконно-оптический гироскоп (ВОГ), лазерный гироскоп (ЛГ), волновой твердотельный гироскоп (ВТГ), динамически настраиваемый гироскоп (ДНГ) со своей сервисной электроникой. ИУС 7 закреплен на платформе 8 так, что ось его чувствительности параллельна оси вращения стенда (оси вала 1) (в случае использования всех перечисленных типов гироскопов), а вектор кинетического момента Н параллелен плоскости платформы 8 (в случае использования ДУС и ДНГ). На валу 1 закреплена подвижная часть электродвигателя постоянного тока ДП-ДБ 9, состоящего из датчика положения ДП (9.1) и двигателя бесконтактного ДБ (9.2) Неподвижные части датчика положения (ДП) и двигателя бесконтактного (ДБ) соединены в одном корпусе, жестко закрепленном на корпусе стенда. Датчик положения (ДП) 9.1 представляет собой синусно-косинусный вращающий трансформатор с безобмоточным ротором (С1-С2 - обмотка возбуждения, С3-С4 - синусная обмотка, С5-С6 - косинусная обмотка). Двигатель бесконтактный 9.2 также имеет косинусную и синусную обмотки (С1-С2 и С3-С4) [13].The proposed device comprises a housing (not shown in FIG. 1), a shaft 1 having an axis of rotation relative to the housing, implemented on ball bearings 2, which is the output axis of the stand. A platform 3 is mounted on the shaft 1, on which a controlled angular velocity meter is installed (the tested device) 4. An additional platform 8 is fixed on the shaft 1, on which all the sensitive elements of the bench are located: accelerometers 5, 6 and a measuring angular velocity sensor - 7. At the same time accelerometers 5 in the amount of three are fixed so that tangential acceleration is measured. For these accelerometers, the designations 1τ, 2τ, 3τ are introduced. In the future, these accelerometers (1τ, 2τ, 3τ) will be called tangential. The sensitivity axes of the accelerometers 5 lie in the plane of the additional platform 8 perpendicular to the radii R- 1 of the accelerometers 5. The radii R 1 of the accelerometers 5 (1τ, 2τ, 3τ) are located at angles of 120 ° to each other. Accelerometers 6 in the amount of three are mounted on an additional platform 8 so that centripetal acceleration is measured. The designations 1c, 2c, 3c are introduced for these accelerometers. In the future, these accelerometers (1c, 2c, 3c) will be called centripetal. The sensitivity axes of the accelerometers 6 are located in the plane of the additional platform 8 collinear to the radii R 2 = R 1 of the accelerometers 6 in the direction opposite to the action of centripetal acceleration. The radii R 2 of the accelerometers 6 (1c, 2c, 3c) are located at angles of 120 ° to each other. As accelerometers 5 and 6, measuring, respectively, the tangential or centripetal accelerations of the points of their attachment to the platform of the stand, precision linear acceleration meters of any type can be used (quartz pendulum, silicon pendulum, float, string). As a measuring sensor of angular velocity (IMS) 7, a float gyroscopic angular velocity sensor (DOS), fiber-optic gyroscope (VOG), laser gyroscope (LG), wave solid-state gyroscope (VTG), dynamically tuned gyroscope (DNG) with its service electronics. The ICS 7 is mounted on the platform 8 so that the axis of its sensitivity is parallel to the axis of rotation of the stand (shaft axis 1) (in the case of using all of the listed types of gyroscopes), and the vector of kinetic momentum N is parallel to the plane of the platform 8 (in the case of using TLS and DNG). On the shaft 1 is fixed the movable part of the DC-DC motor ДП-ДБ 9, consisting of a DP position sensor (9.1) and a non-contact DB motor (9.2) The fixed parts of the position sensor (DP) and a non-contact motor (DB) are connected in one housing rigidly fixed to stand body. The position sensor (DP) 9.1 is a sine-cosine rotary transformer with a windingless rotor (C1-C2 - field winding, C3-C4 - sinus winding, C5-C6 - cosine winding). The non-contact motor 9.2 also has cosine and sine windings (C1-C2 and C3-C4) [13].

На фиг.2 представлена детализированная конструктивная схема соединения вала 1 с элементами, закрепленными на нем (ниже ДП-ДБ 9).Figure 2 presents a detailed structural diagram of the connection of the shaft 1 with the elements attached to it (below DP-DB 9).

Вал 1 выполнен в виде трубы на длине L, которая соединена в единую строго соосную систему с верхней и нижней частями вала 1, имеющими сплошное сечение.The shaft 1 is made in the form of a pipe along the length L, which is connected in a single strictly coaxial system with the upper and lower parts of the shaft 1 having a continuous section.

К торцу «А» полого участка вала 1 жестко прикреплен нижний конец торсиона 10, верхний конец которого жестко соединен со стержнем 11, расположенным горизонтально и своими концами соединенным жестко со втулкой 12. Стержень 11, располагаясь горизонтально, проходит через два отверстия полого участка вала 1, ось которых перпендикулярна оси вала 1, а диаметр отверстий допускает относительный разворот стержня 11 и вала 1 на углы, при которых исключен обрыв или замыкание проводников токоподвода (в опытном образце ±4°). В опытном образце ленточный торсион 10 имеет длину 200 мм и поперечное сечение b=4 mm, h=0,2 мм. Втулка 12 полая, подвешена в корпусе стенда на двух шарикоподшипниках 13. Внутри втулки 12 размещен торцевой упругий токоподвод 14 (на фиг.1 размещение токоподвода 14 показано условно, на фиг.2 это размещение соответствует конкретному исполнению).To the end “A” of the hollow section of the shaft 1, the lower end of the torsion 10 is rigidly attached, the upper end of which is rigidly connected to the rod 11 located horizontally and rigidly connected to the sleeve 12. The rod 11, lying horizontally, passes through two holes of the hollow section of the shaft 1 , the axis of which is perpendicular to the axis of the shaft 1, and the diameter of the holes allows a relative rotation of the rod 11 and the shaft 1 at angles at which the open or short circuit of the conductors (in the prototype ± 4 °) is excluded. In the prototype, the tape torsion 10 has a length of 200 mm and a cross section of b = 4 mm, h = 0.2 mm. The sleeve 12 is hollow, suspended in the housing of the stand on two ball bearings 13. Inside the sleeve 12 there is an end elastic current lead 14 (in Fig. 1, the location of the current lead 14 is shown conditionally, in Fig. 2 this placement corresponds to a specific design).

Токоподвод 14 состоит из двух колодок с отверстиями, через которые проходят золотые проводники, концы которых закрепляются на торце каждой колодки. Проводники образуют цилиндрическую поверхность и в исходном положении колодок параллельны друг другу. Конструкции таких торцевых упругих токоподводов широко используются в гироскопическом приборостроении для подвода питания к элементам на осях карданова подвеса гироприборов [5]. Верхняя колодка токоподвода 14 жестко связана с валом 1, нижняя колодка токоподвода 14 жестко связана со втулкой 12. Со втулкой 12 жестко соединена втулка кольцевого многодорожечного коллектора 15, на которой выполнены золоченые кольцевые контактные дорожки. Щетки коллектора 15 жестко связаны с корпусом стенда. Со втулкой 12 соединено зубчатое колесо - выходное звено механизма отслеживания 16, содержащего одну зубчатую передачу с коэффициентом передачи i=10 и шаговый двигатель. В качестве шагового двигателя механизма отслеживания 16 применен шаговый двигатель ДШИ-200-1 реверсивный с электронным управлением, большим моментом на валу (2500 г·см без учета редукции) и магнитной фиксацией заданного углового положения. Конструкция таких шаговых двигателей описана в литературе [15, 16].The current lead 14 consists of two blocks with holes through which gold conductors pass, the ends of which are fixed at the end of each block. The conductors form a cylindrical surface and in the initial position of the blocks are parallel to each other. The designs of such end elastic current leads are widely used in gyroscopic instrumentation for supplying power to elements on the axes of the cardan suspension of gyro devices [5]. The upper block of the current supply 14 is rigidly connected to the shaft 1, the lower block of the current supply 14 is rigidly connected to the sleeve 12. The sleeve of the ring multitrack collector 15 is rigidly connected to the sleeve 12, on which are gilded ring contact tracks. The brushes of the collector 15 are rigidly connected with the housing of the stand. A gear wheel is connected to the sleeve 12 — the output link of the tracking mechanism 16, comprising one gear transmission with a gear ratio i = 10 and a stepper motor. As a stepping motor of the tracking mechanism 16, a DSHI-200-1 reversible stepping motor with electronic control, a large torque on the shaft (2500 g · cm without reduction) and magnetic fixation of a given angular position were used. The design of such stepper motors is described in the literature [15, 16].

Механизм отслеживания 16 крепится к корпусу стенда через амортизирующую резиновую прокладку 17. На нижней колодке токоподвода 14 закреплены два геркона (герметичных контакта) 18, на верхней колодке токоподвода закреплен магнит 19. Герконы 18 расположены на одной окружности и под углом, при котором исключен обрыв проводников токоподвода (угол образуют линии проведенные от герконов до центра окружности; в опытном образце угол равен 8°). Магнит 19, закрепленный на верхней колодке токоподвода 14, находится в среднем положении между контактами. Магнит 19 и пара герконов 18 предназначены для регистрации углов положения и рассогласования верхней и нижней колодок токоподвода.The tracking mechanism 16 is attached to the stand body through a shock-absorbing rubber gasket 17. Two reed switches (sealed contacts) 18 are fixed on the bottom block of the current supply 14, a magnet 19 is fixed on the upper current supply block 19. The reed switches 18 are located on the same circle and at an angle at which the wire breakage is excluded current supply (the angle is formed by lines drawn from the reed switches to the center of the circle; in the prototype, the angle is 8 °). The magnet 19, mounted on the upper block of the current supply 14, is in the middle position between the contacts. Magnet 19 and a pair of reed switches 18 are designed to record position angles and mismatches of the upper and lower current lead blocks.

Для управления шаговым двигателем механизма отслеживания 16 служит блок управления механизмом отслеживания (БУМО) 20.To control the stepper motor of the tracking mechanism 16 is the control unit of the tracking mechanism (BUMO) 20.

На фиг.3 показана система управления двигателем предлагаемого стенда, принцип работы которой описан в прототипе [13].Figure 3 shows the engine control system of the proposed stand, the principle of which is described in the prototype [13].

Первый усилитель мощности (УМ1) 21 содержит предварительный усилитель 22 и два идентичных каскада усилителя мощности - УМ1.1 23 и УМ1.2 2 24. Предварительный усилитель 22 предназначен для модуляции и усиления постоянного сигнала, поступающего от ЦАП 25, выполнен на базе операционного усилителя с применением в качестве ключевых элементов полевых транзисторов. Каждый из усилителей УМ1.1 23 и УМ1.2 24 представляет собой соединение устройств для детектирования, коррекции и усиления сигналов, т.е. состоит из модулятора, корректирующего устройства и усилителя мощности, реализованных на операционных усилителях с отрицательной обратной связью [1, 4, 14].The first power amplifier (UM1) 21 contains a preamplifier 22 and two identical stages of the power amplifier - UM 1.1 23 and UM 1.2 2 24. The preamplifier 22 is designed to modulate and amplify a constant signal from DAC 25, based on an operational amplifier using as key elements of field effect transistors. Each of the amplifiers UM 1.1 23 and UM 1.2 24 is a connection of devices for the detection, correction and amplification of signals, i.e. consists of a modulator, a correction device and a power amplifier, implemented on operational amplifiers with negative feedback [1, 4, 14].

Каскады УМ1 21 - УМ1.1 23 и УМ1.2 24 и ДП-ДБ 9 соединены следующим образом. Выход предварительного усилителя (ПУ) 22 соединен с обмоткой возбуждения С1-С2 ДП. Обмотка ДП С3-С4 соединена с входом каскада УМ1.1, а обмотка С5-С6 соединена с входом каскада УМ1.2. Выходы каскадов УМ1.1 и УМ1.2 соединены, соответственно, с синусной и косинусной обмотками С1-С2 и С3-С4 ДБ.Cascades UM1 21 - UM 1.1 23 and UM 1.2 24 and DP-DB 9 are connected as follows. The output of the pre-amplifier (PU) 22 is connected to the excitation winding C1-C2 DP. The winding DP C3-C4 is connected to the input of the UM 1.1 cascade, and the winding C5-C6 is connected to the input of the UM 1.2 cascade. The outputs of the cascades UM 1.1 and UM 1.2 are connected, respectively, with the sine and cosine windings C1-C2 and C3-C4 DB.

На фиг.4 представлена структурная схема блока управления механизмом отслеживания (БУМО) 20, который содержит устройство управления 26, в качестве которого может быть использован первый микроконтроллер (МК1), первый и второй входы которого соединены, соответственно, с левым и правым герконами 18. На входах МК1 26 подключены шунтирующие резисторы 27 (R1 и R2) для исключения ложных срабатываний МК1 26 при разомкнутых герконах. МК1 26 содержит в своем составе генератор импульсов и порт ввода - вывода (ПВВ МК1). Четыре выхода МК1 26 соединены с четырьмя входами драйвера управления (ДрУ) 28, предназначенного для формирования требуемой последовательности коммутации обмоток шагового двигателя. Четыре выхода ДрУ 28 соединены с четырьмя входами второго усилителя мощности (УМ2) 29, четыре выхода последнего соединены с обмотками Ан, Бн, Вн, Гн шагового двигателя механизма отслеживания 16. Резисторы R3 и R4 - балансировочные. Порт ввода - вывода МК1 (ПВВ МК1) 26 БУМО 20 соединен с пятым портом ввода - вывода (ПВВ5) управляющего процессора 30 и находится с ним в режиме обмена через стандартный интерфейс.Figure 4 presents the structural diagram of the control unit of the tracking mechanism (BUMO) 20, which contains a control device 26, which can be used as the first microcontroller (MK1), the first and second inputs of which are connected, respectively, to the left and right reed switches 18. At the inputs of MK1 26 connected shunt resistors 27 (R 1 and R 2 ) to eliminate false alarms MK1 26 with open reed switches. MK1 26 contains a pulse generator and an input - output port (PVV MK1). Four outputs MK1 26 are connected to the four inputs of the control driver (DRU) 28, designed to form the required switching sequence of the windings of the stepper motor. Four outputs of DRU 28 are connected to four inputs of the second power amplifier (UM2) 29, four outputs of the latter are connected to the windings A n , B n , V n , G n of the stepping motor of the tracking mechanism 16. The resistors R 3 and R 4 are balancing. The input / output port MK1 (PVV MK1) 26 BUMO 20 is connected to the fifth input / output port (PVV5) of the control processor 30 and is in exchange with it via a standard interface.

На валу 1 (фиг.1) закреплен диск углового энкодера 31, считывающие головки которого закреплены на корпусе стенда. На дополнительной платформе, закрепленной на валу, установлены: блок преобразования напряжения питания (БПНП) 32, вход которого через линии упругого торцевого токоподвода 14 и контакты коллектора 15 соединен с выходом стационарного источника питания (источник на фиг.1 не показан), а выходы БПНП 32 соединены (соединение на фиг.1 не показано) с соответствующими входами (входами питания) блока преобразования информации (БПИ) и МК2.A disk of an angular encoder 31 is mounted on the shaft 1 (Fig. 1), the read heads of which are mounted on the bench body. On an additional platform mounted on the shaft, there are installed: a supply voltage conversion unit (BPNP) 32, the input of which is connected to the output of a stationary power source through the elastic end current lead lines 14 and collector contacts 15 (the source is not shown in Fig. 1), and the BPNP outputs 32 are connected (the connection in figure 1 is not shown) with the corresponding inputs (power inputs) of the information conversion unit (BPI) and MK2.

На фиг.5 показана схема соединения закрепленных на дополнительной платформе, БПИ 35 с шиной 36 и МК2 37.Figure 5 shows the connection diagram mounted on an additional platform, BPI 35 with bus 36 and MK2 37.

В состав БПИ 35 входят программируемая логическая интегральная схема (ПЛИС) 33 и семиканальный аналоге - цифровой преобразователь (АЦП) 34. Входы шины 36 БПИ (семь входов), соединены соответственно с выходом ИУС 7 и выходами акселерометров 5 и 6, а выходы шины БПИ 36 с первого по седьмой соединены соответственно с первым по седьмой входами ПЛИС 33 БПИ 35, соответственно, выходы с восьмого по четырнадцатый шины БПИ 36 соединены, соответственно, с первым по седьмой входами АЦП 34; выходы с первого по седьмой ПЛИС 33 БПИ 35 соединены с первым по седьмой входами МК2 37, а выходы с первого по седьмой АЦП 34 БПИ 35 соединены, соответственно, с восьмым по четырнадцатый входами МК2 37. МК2 выполнен с интерфейсом (передатчиком), обеспечивающим передачу информации в последовательном коде по инфракрасному или радиочастотному каналу (фиг.1). Закрепление на платформе стенда плат, реализующих перечисленные блоки, а также применение радиочастотного или инфракрасного канала для информационного обмена позволяют сократить число линий коллектора, необходимых для подвода питания к БПНП, что повышает точностные характеристики стенда, обусловленные:BPI 35 includes a programmable logic integrated circuit (FPGA) 33 and a seven-channel analogue - a digital converter (ADC) 34. Bus inputs 36 BPI (seven inputs) are connected respectively to the output of the ICS 7 and the outputs of the accelerometers 5 and 6, and the outputs of the bus BPI 36 from the first to the seventh are connected respectively to the first to the seventh inputs of the FPGA 33 BPI 35, respectively, the outputs from the eighth to the fourteenth bus BPI 36 are connected, respectively, to the first to the seventh inputs of the ADC 34; the outputs from the first to the seventh FPGA 33 BPI 35 are connected to the first to seventh inputs of MK2 37, and the outputs from the first to seventh ADC 34 BPI 35 are connected, respectively, with the eighth to fourteenth inputs of MK2 37. MK2 is made with an interface (transmitter) that provides transmission information in a serial code on the infrared or radio frequency channel (figure 1). The fastening on the platform of the stand of boards that implement the above blocks, as well as the use of a radio frequency or infrared channel for information exchange, reduce the number of collector lines needed to supply power to the BPNP, which increases the accuracy characteristics of the stand due to:

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

- уменьшением длины линий электрических цепей от ИУС 7 и акселерометров 5 и 6 до электронного блока системы управления и уровня помех, поскольку не требуется передача маломощных сигналов через кольца коллектора.- reducing the length of the lines of the electrical circuits from the ICS 7 and accelerometers 5 and 6 to the electronic unit of the control system and the level of interference, since the transmission of low-power signals through the collector rings is not required.

На корпусе стенда закреплены также следующие элементы системы управления стендом:The following elements of the control system of the stand are also fixed on the stand body:

- управляющий процессор 30, содержащий том числе порты ввода - вывода;- a control processor 30, including including input / output ports;

- приемник инфракрасного или радиочастотного сигналов 38, выход которого соединен со вторым портом ввода - вывода управляющего процессора 30;- a receiver of infrared or radio frequency signals 38, the output of which is connected to the second input / output port of the control processor 30;

- цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 25, который может быть как встроенным в управляющий процессор 30, так и быть по отношению к нему внешним устройством, причем вход ЦАП 25 (в случае внешнего устройства) соединен с первым портом ввода - вывода управляющего процессора 30;- a digital-to-analog converter (DAC) 25, which can be either integrated into the control processor 30 or be an external device in relation to it, the input of the DAC 25 (in the case of an external device) connected to the first input / output port of the control processor 30;

- УМ1 21, вход которого соединен с выходом ЦАП 25, а выход - с обмотками ДП-ДБ9,- UM1 21, the input of which is connected to the output of the DAC 25, and the output - with the windings DP-DB9,

- первый преобразователь сигнала ПС1 39, вход которого соединен с выходом углового энкодера 31, а выход соединен с четвертым портом ввода-вывода управляющего процессора.- the first signal converter PS1 39, the input of which is connected to the output of the angular encoder 31, and the output is connected to the fourth input-output port of the control processor.

Связь контролируемого прибора с управляющим компьютером обеспечивается по одному из следующих вариантов:Communication of the controlled device with the control computer is provided according to one of the following options:

1) вход второго преобразователя сигнала ПС2 40 связан через кольцевой коллектор с выходом контролируемого прибора 4, а выход ПС2 - с первым портом ввода-вывода управляющего компьютера 41.1) the input of the second signal converter PS2 40 is connected through an annular collector to the output of the monitored device 4, and the output of PS2 is connected to the first input-output port of the control computer 41.

2) выход контролируемого прибора связан с входом ПС2, установленного на платформе и содержащего передатчик с возможностью дистанционной передачи сигналов на управляющий компьютер 41.2) the output of the monitored device is connected to the input of PS2 installed on the platform and containing a transmitter with the ability to remotely transmit signals to the control computer 41.

Второй порт ввода - вывода управляющего компьютера 41 соединен через стандартный интерфейс с третьим портом ввода - вывода управляющего процессора 30.The second input / output port of the control computer 41 is connected via a standard interface to the third input / output port of the control processor 30.

Конструкция обеспечивает расширение диапазона задаваемых угловых скоростей за счет трех режимов работы стенда:The design provides an extension of the range of set angular velocities due to three modes of operation of the stand:

1 режим: от 0.01 до ω °/с, когда в качестве чувствительных элементов работают измеритель угловой скорости, три акселерометра, измеряющих тангенциальное ускорение точек их крепления к платформе стенда, и угловой энкодер, причем верхний диапазон измерения о определяется типом измерителя угловой скорости 7;1 mode: from 0.01 to ω ° / s, when the angular velocity meter, three accelerometers measuring the tangential acceleration of the points of their attachment to the platform of the stand, and an angular encoder are used as sensitive elements, the upper measuring range being determined by the type of angular velocity meter 7;

2 режим: от со до 1200 °/с, когда в качестве чувствительных элементов работают тройки акселерометров 5 и 6, измеряющих тангенциальное и центростремительное ускорения точек их крепления к платформе стенда, и угловой энкодер;2 mode: from co to 1200 ° / s, when the triples of accelerometers 5 and 6, which measure the tangential and centripetal acceleration of the points of their attachment to the stand platform, and the angular encoder work as sensitive elements;

3 режим: от 1200 °/с до 10000 °/с, когда в качестве чувствительных элементов работают тройка акселерометров 5, измеряющая тангенциальное ускорение точек крепления акселерометров к платформе стенда и угловой энкодер.3 mode: from 1200 ° / s to 10000 ° / s, when the triple of accelerometers 5 work as sensitive elements, measuring the tangential acceleration of the points of attachment of the accelerometers to the platform of the stand and the angular encoder.

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

Стенд работает следующим образом: Управление режимами работы задает оператор от управляющего компьютера 41. Сигнал о смене режимов поступает с управляющего компьютера 41 в третий порт ввода - вывода управляющего процессора 30 через второй порт ввода - вывода ПВВ2 управляющего компьютера 41.The stand works as follows: The operation mode is set by the operator from the control computer 41. The signal about the change of modes is received from the control computer 41 to the third input / output port of the control processor 30 through the second input / output port PVV2 of the control computer 41.

В управляющем процессоре 30 реализован алгоритм переключения диапазонов работы стенда. В зависимости от задаваемой оператором команды управляющий компьютер 30 подает команду на выбор режима задания угловых скоростей - низкоскоростного, среднескоростного либо высокоскоростного. Если выбран низкоскоростной режим, то подаются команды на включение питания измерителя угловой скорости 7 и тангенциальных акселерометров 5. Угловой энкодер 31 и тангенциальные акселерометры 5 работают во всех трех режимах.The control processor 30 implements an algorithm for switching ranges of operation of the stand. Depending on the command set by the operator, the control computer 30 gives a command to select a mode for setting angular velocities — low speed, medium speed, or high speed. If the low-speed mode is selected, then commands are given to turn on the power of the angular velocity meter 7 and tangential accelerometers 5. Angular encoder 31 and tangential accelerometers 5 operate in all three modes.

С управляющего компьютера 41 со второго порта ввода - вывода (ПВВ2) в третий порт ввода - вывода ПВВЗ управляющего процессора 30 поступает код, соответствующий задаваемому управляющему напряжению Uзад. Из третьего порта ввода - вывода ПВВЗ управляющего процессора 30 код передается в процессор, а оттуда через первый порт ввода - вывода ПВВ1 управляющего процессора 30 - на вход ЦАП 25, реализованное на фиг.1 как внешнее по отношению к управляющему процессору 30 устройство. С выхода ЦАП 25 соответствующее этому коду напряжение через УМ1 21 поступает на двигатель ДП-ДБ 9, который задает валу 1 стенда вращение с угловой скоростью, пропорциональной подаваемому управляющему напряжению Uзад. Работа ДБ полностью идентична работе двигателя, описанной в прототипе [13].From the control computer 41 from the second input / output port (PVV2) to the third input / output port of the PVVZ control processor 30, the code corresponding to the specified control voltage U ass . From the third input / output port of the PVVZ control processor 30, the code is transmitted to the processor, and from there, through the first input / output port of the PVV1 control processor 30, to the input of the DAC 25, implemented in Fig. 1 as an external device to the control processor 30. From the output of the DAC 25, the voltage corresponding to this code through UM1 21 is supplied to the DP-DB 9 engine, which sets the stand shaft 1 to rotate at an angular speed proportional to the supplied control voltage U ass . The work of the DB is completely identical to the operation of the engine described in the prototype [13].

Вал 1 стенда начинает вращение, и с инерциальных чувствительных элементов - измерителя угловой скорости 7 и измерителей кажущегося линейного ускорения 5 и 6 информационные сигналы поступают на шину БПИ 36, а с нее - в блок БПИ 35. В первом режиме работы стенда, когда инерциальными чувствительными элементами являются ИУС 7 и тангенциальные акселерометры 5, это сигналы, пропорциональные угловой скорости вращения вала и тангенциальному ускорению точек крепления акселерометров 5 к платформе 8 стенда. В предлагаемом стенде, в отличие от прототипа, все инерциальные чувствительные элементы обладают собственными обратными связями и являются автономными. В процессоре 30 реализуются регуляторы контура управления двигателем.The shaft 1 of the bench begins to rotate, and with inertial sensors - an angular velocity meter 7 and apparent linear acceleration meters 5 and 6, information signals are fed to the BPI bus 36, and from it to the BPI 35 block. In the first mode of operation of the bench, when inertial sensitive the elements are ICS 7 and tangential accelerometers 5, these are signals proportional to the angular velocity of rotation of the shaft and the tangential acceleration of the points of attachment of the accelerometers 5 to the platform 8 of the stand. In the proposed stand, unlike the prototype, all inertial sensitive elements have their own feedbacks and are autonomous. The processor 30 implements the regulators of the engine control loop.

В случае если выходной сигнал ИУС 7 и акселерометров 5 и 6 имеет аналоговую форму, то он поступает на вход АЦП 34 БПИ 35, а если цифровую, то - на вход ПЛИС 33 БПИ 35. В данном случае возможны любые комбинации форм сигнала акселерометров 5 и 6 и ИУС 7 (например, выход ИУС - аналоговый, а у акселерометров 5 и 6 - дискретный или наоборот). С выхода АЦП 34 сигнал поступает на второй вход МК2 37, а с выхода ПЛИС 33 - на первый вход МК2 37.If the output signal of the ICS 7 and accelerometers 5 and 6 has an analog form, then it goes to the input of the ADC 34 BPI 35, and if digital, then to the input of the FPGA 33 BPI 35. In this case, any combination of the waveforms of the accelerometers 5 and 6 and IMS 7 (for example, the IMS output is analog, and for accelerometers 5 and 6 it is discrete or vice versa). From the output of the ADC 34, the signal goes to the second input of MK2 37, and from the output of the FPGA 33 to the first input of MK2 37.

МК2 37 формирует кодовую комбинацию, поступающую в передатчик, который формирует инфракрасный либо радиочастотный сигнал. Данный сигнал поступает на приемник 38, с выхода которого он поступает во второй порт ввода - вывода ПВВ2 управляющего процессора 30. В управляющем процессоре сравниваются кодовые комбинации сигналов с акселерометров 5 и 6 и ИУС 7 с заданным значением угловой скорости, поступившим по стандартному интерфейсу через третий порт ввода - вывода ПВВ3 управляющего процессора 30 от управляющего компьютера 41. С углового энкодера 31 через первый преобразователь сигнала (ПС1) 39, предназначенном для связи углового энкодера 31 с управляющим компьютером 41, последовательность импульсов, число которых пропорционально углу поворота платформы стенда, поступает в четвертый порт ввода-вывода ПВВ4 управляющего процессора 30. В управляющем процессоре 30 происходит вычисление угловой скорости стенда как отношения измеренного угла ко времени опроса, измеряемого таймером процессора. Данное значение также поступает на вход процессора, в котором сигнал суммируется и сравнивается со значениями кодовых комбинаций сигналов с измерителя угловой скорости 7, сигналов с акселерометров 5 и 6, приведенных к значениям угловой скорости, и входного задающего сигнала. Процессор 30 осуществляет синхронизацию данных сигналов по времени, обеспечивает реализацию цифрового регулирования системы управления двигателем стенда, обеспечивая, тем самым, требуемые динамические характеристики системы. При этом преобразованный процессором управляющий сигнал поступает на ЦАП 25, откуда в виде аналогового сигнала - на усилитель мощности УМ1 21, а оттуда - на ДП-ДБ 9. Таким образом, реализуется цифровая система управления через управляющий процессор 30, которая также выполнена с возможностью адаптации системы управления двигателем к изменению типа устанавливаемого инерциального чувствительного элемента ИУС или измерителя линейных ускорений и момента инерции подвижной части стенда, работающая по разностному принципу: при разностном управляющем сигнале, стремящемся к нулю, вал 1 стенда вращается с заданной угловой скоростью. При подаче с управляющего компьютера 41 гармонического или любого другого сигнала система работает аналогичным образом.MK2 37 generates a code combination entering the transmitter, which generates an infrared or radio frequency signal. This signal is fed to the receiver 38, from the output of which it goes to the second input / output port of the PVV2 control processor 30. The control processor compares the code combinations of the signals from the accelerometers 5 and 6 and the ICS 7 with the specified value of the angular velocity received via the third interface through the standard interface input / output port PVV3 of the control processor 30 from the control computer 41. From the angular encoder 31 through the first signal converter (PS1) 39, designed to connect the angular encoder 31 to the control computer 41, pos edovatelnost pulses whose number is proportional to the rotation angle of the stand platform enters the fourth input-output port PVV4 control processor 30. The control processor 30 occurs calculating the angular velocity of the stand as the ratio of the measured angle to the response time measured by the timer of the processor. This value also goes to the input of the processor, in which the signal is summed and compared with the values of the code combinations of the signals from the angular velocity meter 7, signals from the accelerometers 5 and 6, reduced to the angular velocity values, and the input reference signal. The processor 30 synchronizes the data signals in time, provides the implementation of digital regulation of the engine control system of the stand, thereby providing the required dynamic characteristics of the system. In this case, the control signal converted by the processor is fed to the DAC 25, from where it is sent to the power amplifier UM1 21 in the form of an analog signal, and from there to the DP-DB 9. Thus, a digital control system is implemented through the control processor 30, which is also adapted engine control systems to change the type of installed inertial sensitive element of the ICS or linear acceleration meter and the moment of inertia of the moving part of the stand, working according to the difference principle: with the difference control With the signal tending to zero, the stand shaft 1 rotates at a given angular velocity. When a harmonic or any other signal is supplied from the control computer 41, the system operates in a similar manner.

Полученная информация через третий порт ввода - вывода ПВВЗ управляющего процессора 30 через стандартный интерфейс поступает во второй порт ввода-вывода ПВВ2 управляющего компьютера 41. От испытуемого прибора 4 в первый порт ввода - вывода ПВВ1 управляющего компьютера 41, поступает информация об угловой скорости, измеренной испытуемым прибором 4. (по первому варианту стенда - через коллектор 15 и преобразователь сигнала ПС2 40 (например, аналог-код, унитарный код, 16-разрядный параллельный код и т.п., соответствующий типу испытуемого прибора), по второму варианту стенда - через ПС2 дистанционно). В управляющем компьютере 41 происходит комплексная обработка полученных данных об угле и угловой скорости, заданной стенду, и выходной информации с испытуемого прибора 4, что позволяет формировать выходную информацию о масштабном коэффициенте и динамических характеристиках испытуемого прибора (в случае подачи на вход системы управления стендом гармонического сигнала). Таким образом, осуществляется контроль измерителя угловой скорости. В случае использования информации с ИУС и углового энкодера может осуществляться «самоконтроль» измерителя угловой скорости - чувствительного элемента стенда.The information received through the third input / output port of the PVVZ control processor 30 through a standard interface is supplied to the second input / output port of the PVV2 control computer 41. From the test device 4, the information on the angular velocity measured by the test is transmitted to the first input / output port PVV1 of the control computer 41 4. (according to the first version of the test bench - through the collector 15 and the PS2 40 signal converter (for example, an analog code, unitary code, 16-bit parallel code, etc., corresponding to the type of device under test), w rum version of the stand - by PS2 remote). In the control computer 41, complex processing of the obtained data on the angle and angular velocity set by the stand and the output information from the tested device 4 takes place, which allows generating output information about the scale factor and dynamic characteristics of the tested device (in the case of a harmonic signal test bench input to the control system ) Thus, the angular velocity meter is monitored. In the case of using information from the ICS and the angular encoder, “self-monitoring” of the angular velocity meter, a sensitive element of the bench, can be carried out.

Во втором режиме работы, когда инерциальными чувствительными элементами являются три тангенциальных 5 и три центростремительных акселерометра 6, а также угловой энкодер 31, система работает аналогичным образом. Разница заключается в том, что ИУС 7 не участвует в процессе управления движением платформы стенда, а вместо него в работу включается тройка центростремительных акселерометров 6. В этом случае, если акселерометры обладают аналоговой обратной связью и аналоговым выходом, сигналы с их выходов через шину БПИ 36 поступают на АЦП 34 БПИ 35, с выходов которого - на МК2 37 и по инфракрасному или радиочастотному каналу - на ПВВ2 управляющего процессора 30. Если же центростремительные акселерометры 6 обладают дискретным выходом и аналоговой обратной связью или же цифровой обратной связью с дискретным выходом, то их выходные сигналы через шину БПИ 36 поступают на ПЛИС 33 БПИ 35, с выходов которой - на МК2 37 и по инфракрасному или радиочастотному каналу - на ПВВ2 управляющего процессора 30. Система работает (аналогичным первому режиму образом) по разностному принципу.In the second mode of operation, when the inertial sensitive elements are three tangential 5 and three centripetal accelerometers 6, as well as an angular encoder 31, the system works in a similar way. The difference is that the ICS 7 does not participate in the process of controlling the platform platform’s movement, and instead of it, three centripetal accelerometers 6 are included in the work. In this case, if the accelerometers have analog feedback and an analog output, the signals from their outputs via the BPI bus 36 received at the ADC 34 BPI 35, from the outputs of which - on MK2 37 and through the infrared or radio frequency channel - on PVV2 of the control processor 30. If the centripetal accelerometers 6 have a discrete output and analog feedback or digital feedback with a discrete output, then their output signals through the BPI 36 bus are sent to the FPGA 33 BPI 35, the outputs of which are sent to MK2 37 and via infrared or radio frequency channel to PVV2 of the control processor 30. The system works (similar to the first mode way) according to the difference principle.

В третьем режиме работы управляющий сигнал, поступающий в порт ввода вывода ПВВ3 управляющего процессора 30 из порта ввода - вывода ПВВ2 управляющего компьютера 41 и пропорциональный задаваемой угловой скорости стенда, сравнивается в сумматоре управляющего процессора 30, с вычисленным сигналом, равным углу разворота, измеряемому угловым энкодером 31, деленному на время, измеряемое таймером управляющего процессора 30. Таким образом, в сумматоре управляющего процессора 30 сравниваются сигналы, пропорциональные измеренной и задаваемой угловым скоростям стенда.In the third mode of operation, the control signal supplied to the input / output port PVV3 of the control processor 30 from the input / output port PVV2 of the control computer 41 and proportional to the set angular speed of the bench is compared in the adder of the control processor 30 with the calculated signal equal to the rotation angle measured by the angular encoder 31 divided by the time measured by the timer of the control processor 30. Thus, in the adder of the control processor 30, signals proportional to the measured and set angular scab stand.

В случае необходимости контроля акселерометров различного класса и принципа действия в системе управления стендом используются два акселерометра 6, измеряющих центростремительное ускорение точек их крепления к платформе стенда, а на место третьего устанавливается испытуемый акселерометр. Цифровая система управления во втором режиме работы настраивается путем подбора коэффициентов цифрового регулятора на режим работы с двумя акселерометрами 6. В первом и третьем режимах работы акселерометры 6 не используются. Это дает возможность при задании угловых скоростей во всем диапазоне измерений формировать центростремительные ускорения от десятых долей g до 500 g, т.е. создается возможность использования стенда в качестве малогабаритной центрифуги для контроля акселерометров инерциального класса и средней точности.If it is necessary to control accelerometers of a different class and principle of operation, two accelerometers 6 are used in the bench control system, which measure the centripetal acceleration of their attachment points to the bench platform, and the tested accelerometer is installed in place of the third. The digital control system in the second mode of operation is configured by selecting the coefficients of the digital controller for the mode of operation with two accelerometers 6. In the first and third modes of operation, accelerometers 6 are not used. This makes it possible to set centripetal accelerations from tenths of g to 500 g when setting angular velocities in the entire measurement range; the opportunity is created to use the stand as a small-sized centrifuge for monitoring inertial-class accelerometers and medium accuracy.

Механизм отслеживания 16, введен для снижения влияния на стабильность задаваемой стендом угловой скорости трения шарикоподшипниковых опор и трения в коллекторе. Его работа осуществляется следующим образом. В стенде суммарный момент сопротивления по оси вращения платформы не превышает 2-3 г·см. Уменьшение момента сопротивления шарикоподшипниковых опор достигнуто за счет их разгрузки путем введения ленточного торсиона. Коллектор 15 смонтирован на своих опорах, момент сопротивления коллекторных щеток при перемещении относительно токоведущих колец коллектора и момент сопротивления опор преодолеваются шаговым двигателем механизма отслеживания и к валу не приложены. Пусть двигатель приложил к валу (при поступлении соответствующего управляющего сигнала) момент М. Вал поворачивается, вследствие чего торец «А» трубчатой части вала с жестко закрепленным на конце «А» нижним концом ленточного торсиона поворачивается; конец торсиона, жестко связанный со стержнем, пока неподвижен, т.е. торсион закручивается на угол (в опытном образце) не более чем ±4°. При развороте вала на угол ±4° градуса замыкается, соответственно, левый или правый геркон вследствие того, что магнит, закрепленный на верхней колодке токоподвода, вращающийся вместе с валом, оказывается над контактами соответствующего геркона, что вызывает замыкание контактов геркона. Сигнал с герконов поступает в БУМО. В зависимости от направления вращения стенда сигнал с герконов поступает на первый или второй входы МК1. МК1 определяет направление вращения и количество шагов шагового двигателя механизма отслеживания. Драйвер управления формирует коммутацию обмоток шагового двигателя и сигналы с драйвера управления поступают на входы УМ2, а оттуда - на обмотки управления шагового двигателя механизма отслеживания. Одновременно информация о знаке и угле поворота передается в управляющий процессор. Задающей осью является вал, а отслеживающей осью является ось вращения втулки. Таким образом, обеспечивается режим «слежения» за совпадением углового положения обеих осей: оси вала и оси вращения коллекторной втулки. Это позволяет обеспечивать подвод питания к элементам, закрепленным на валу, через упругий токоподвод, допускающий угол взаимного разворота колодок не более ±4°, т.е. исключить влияние момента сопротивления коллектора на ось вращения вала. В процессе «слежения» за осью вала ленточный торсион закручивается при начале движения оси и раскручивается в процессе разворота оси вращения коллектора. Разгрузка опор вала обеспечивается за счет натяжения торсиона, передающего вес платформы с испытуемым прибором через стержень на шарикоподшипники оси вращения коллектора. Возникающий при этом дополнительный момент сопротивления шарикоподшипников «парируется» тем же шаговым двигателем механизма отслеживания. В качестве двигателя в механизме отслеживания выбран шаговый двигатель с электронным управлением, т.к. такие двигатели имеют большой момент на валу, высокую точность и останавливаются в момент окончания управляющего импульса, причем имеют магнитную фиксацию этого положения. Для любого другого типа двигателя механизма отслеживания возникает проблема его останова. На частоте в 1000 Гц такие шаговые двигатели работают без значительных вибраций. Тем не менее, для полного исключения влияния на стенд вибраций шагового двигателя механизм отслеживания устанавливается на амортизирующую прокладку. С учетом управления режимами работы механизма отслеживания от МК1 возможна реализация и второго «синхронного» режима работы. В этом случае МК1 следит за скоростью срабатывания герконов и увеличивает скорость вращения вала шагового двигателя. Эта скорость может корректироваться по значению скорости, вычисленной в процессоре и переданной через порт ввода-вывода в МК1. В этом случае шаговый двигатель механизма отслеживания вращается синхронно с валом стенда, который вращается двигателем ДП-ДБ. В случае «запаздывания» или «опережения» по скоростям вращения обеих систем в работу вступают герконы, работа которых описана выше.Tracking mechanism 16 is introduced to reduce the impact on stability of the angular friction velocity of the ball-bearing bearings and the friction in the collector specified by the bench. His work is as follows. In the stand, the total moment of resistance along the axis of rotation of the platform does not exceed 2-3 g · cm. Reducing the moment of resistance of ball bearings is achieved by unloading them by introducing a tape torsion bar. The collector 15 is mounted on its supports, the moment of resistance of the collector brushes when moving relative to the current-carrying rings of the collector and the moment of resistance of the supports are overcome by a stepping motor of the tracking mechanism and are not applied to the shaft. Let the engine attach to the shaft (upon receipt of the corresponding control signal) the moment M. The shaft rotates, as a result of which the end face “A” of the tubular part of the shaft with the lower end of the tape torsion rigidly fixed at the end “A” rotates; the end of the torsion bar, rigidly connected to the rod, is still stationary, i.e. torsion is twisted at an angle (in the prototype) of not more than ± 4 °. When the shaft is turned through an angle of ± 4 ° degrees, the left or right reed switch closes, respectively, due to the fact that the magnet mounted on the top block of the current supply, rotating with the shaft, is above the contacts of the corresponding reed switch, which causes the contacts of the reed switch to be closed. The signal from the reed switches enters the BUMO. Depending on the direction of rotation of the stand, the signal from the reed switches is fed to the first or second inputs of MK1. MK1 determines the direction of rotation and the number of steps of the stepper motor of the tracking mechanism. The control driver forms the switching of the windings of the stepper motor and the signals from the control driver are fed to the inputs of UM2, and from there to the control windings of the stepper motor of the tracking mechanism. At the same time, information about the sign and angle of rotation is transmitted to the control processor. The drive axis is the shaft, and the tracking axis is the axis of rotation of the sleeve. Thus, the "tracking" mode is ensured for the coincidence of the angular position of both axes: the axis of the shaft and the axis of rotation of the collector sleeve. This allows you to provide power to the elements mounted on the shaft through an elastic current supply, allowing an angle of mutual rotation of the blocks of not more than ± 4 °, i.e. eliminate the influence of the moment of resistance of the collector on the axis of rotation of the shaft. In the process of “tracking” the shaft axis, the tape torsion is twisted at the beginning of the axis movement and untwisted in the process of turning the collector's rotation axis. The unloading of the shaft supports is ensured by the tension of the torsion bar, which transfers the weight of the platform with the device under test through the rod to the ball bearings of the axis of rotation of the collector. The additional moment of resistance of ball bearings that occurs in this case is “countered” by the same stepping motor of the tracking mechanism. An electronically controlled stepper motor was selected as the engine in the tracking mechanism, since such engines have a large moment on the shaft, high accuracy and stop at the moment the control pulse ends, and have a magnetic fixation of this position. For any other type of tracking engine, the problem of stopping it arises. At a frequency of 1000 Hz, such stepper motors operate without significant vibrations. Nevertheless, to completely eliminate the influence of the vibrations of the stepper motor on the stand, the tracking mechanism is mounted on a shock-absorbing pad. Given the control of the operating modes of the tracking mechanism from MK1, it is possible to implement the second "synchronous" operating mode. In this case, MK1 monitors the speed of the reed switches and increases the speed of rotation of the shaft of the stepper motor. This speed can be adjusted by the speed value calculated in the processor and transmitted through the I / O port in MK1. In this case, the stepping motor of the tracking mechanism rotates synchronously with the stand shaft, which is rotated by the DP-DB motor. In the case of "delay" or "lead" in terms of the rotation speeds of both systems, reed switches come into operation, the operation of which is described above.

Таким образом, предлагаемый стенд инвариантен к смене инерциального чувствительного элемента. Его схемотехнические решения позволяют применять прецизионный измеритель угловой скорости и измерители кажущегося ускорения любого класса и принципа действия, а цифровая обратная связь контура управления двигателем стенда обеспечивает указанную инвариантность. Стенд обладает следующими основными техническими характеристиками:Thus, the proposed stand is invariant to a change in inertial sensing element. Its circuitry solutions allow the use of a precision angular velocity meter and apparent acceleration meters of any class and principle of operation, and the digital feedback of the stand motor control loop provides the indicated invariance. The stand has the following main technical characteristics:

Figure 00000001
Figure 00000001

Таким образом, заявлен универсальный широкодиапазонный стенд для контроля измерителей угловой скорости, содержащий корпус, вал, установленный в корпусе с возможностью вращения, закрепленную на валу основную платформу, на которой установлен контролируемый измеритель угловых скоростей, электродвигатель постоянного тока, первый усилитель мощности (УМ1), кольцевой коллектор; дополнительную платформу, закрепленную на валу, на которой установлены шесть акселерометров, первая тройка из которых обеспечивает измерение тангенциального, а вторая тройка - центростремительного ускорения, оси чувствительности которых расположены под углами 120° друг относительно друга для каждой тройки акселерометров, и измерительный датчик угловой скорости (ИУС), ось чувствительности которого совмещена с осью вращения вала; упругий торцевой токоподвод, содержащий верхнюю и нижнюю колодки, и золотые проводники подвода питания, прикрепленные к колодкам, два геркона, закрепленные на нижней колодке и образующие угол, при котором исключена возможность разрыва или замыкания проводников токоподвода, взаимодействующий с герконами магнит, закрепленный на верхней колодке между контактами герконов, цилиндрическую втулку, подвешенную в корпусе на шарикоподшипниковых опорах соосно с валом, проходящим внутри втулки, стержень, при этом, верхняя колодка токоподвода закреплена на валу, а нижняя колодка - на цилиндрической втулке, вал выполнен полым на одном участке своей длины; ленточный торсион, размещенный в полости вала и прикрепленный нижним концом к торцу полого участка вала, а верхним концом - к середине стержня, который расположен перпендикулярно оси вала, проходит через отверстия цилиндрического полого участка вала и прикреплен двумя концами к торцу цилиндрической втулки, жестко соединенной с втулкой коллектора, механизм отслеживания, содержащий импульсный шаговый двигатель и зубчатую передачу, при этом шаговый двигатель закреплен на корпусе через амортизатор, выходное звено зубчатой передачи закреплено на цилиндрической втулке соосно с ней; блок управления механизмом отслеживания, состоящий из первого микроконтроллера (МК1), драйвера управления и второго усилителя мощности (УМ2); управляющего процессора, причем выходы левого и правого герконов, соединены, соответственно, с первым и вторым входом МК1, причем четыре выхода МК1 соединены соответственно с четырьмя входами драйвера управления, четыре выхода которого соединены соответственно с четырьмя входами УМ2, четыре выхода которого, в свою очередь, соединены с четырьмя соответствующими обмотками шагового двигателя, порт ввода-вывода (ПВВ) МК1 соединен с ПВВ5 управляющего процессора; вход УМ1 соединен с выходом цифроаналогового преобразователя, соединенного своим входом с ПВВ1 управляющего процессора; управляющий компьютер, ПВВ2 которого связан с ПВВЗ управляющего процессора через стандартный интерфейс; угловой энкодер, содержащий диск и две считывающие оптические головки, которые через первый преобразователь сигнала соединены с ПВВ4 управляющего процессора, причем указанные головки расположены под углом 180° друг к другу, выход контролируемого измерителя угловых скоростей связан с входом второго преобразователя сигнала (через коллектор или дистанционно), выход которого связан с ПВВ 1 управляющего компьютера. Отличительная особенность стенда заключается в том, что в стенд введены закрепленные на дополнительной платформе блок преобразования напряжения питания (БПНП), блок преобразования информации (БПИ), содержащий аналоге - цифровой преобразователь (АЦП), программируемую логическую интегральную схему (ПЛИС), шину БПИ, и второй микроконтроллер (МК2) с интерфейсом, обеспечивающим дистанционную передачу информации в последовательном коде; приемник сигналов, закрепленный неподвижно на основании стенда, при этом вход БПНП через линии токоподвода и контакты коллектора соединен с выходом стационарного источника питания, а выходы БПНП соединены с соответствующими входами питания БПИ и МК2; входы шины БПИ соединены соответственно с выходами ИУС и каждого из шести акселерометров, с первого по седьмой выходы шины БПИ соединены соответственно, с первым по седьмой входами ПЛИС, а выходы с восьмого по четырнадцатый шины БПИ соединены, соответственно, с первым по седьмой входами АЦП; выходы с первого по седьмой ПЛИС соединены с первым по седьмой входами МК2, а выходы с первого по седьмой АЦП соединены, соответственно, с восьмым по четырнадцатый входами МК2; выход приемника сигнала соединен с ПВВ2 управляющего процессора.Thus, a universal wide-range stand for monitoring angular velocity meters is claimed, comprising a housing, a shaft mounted rotatably in the housing, a main platform mounted on the shaft, on which a controlled angular velocity meter, a direct current electric motor, and a first power amplifier (УМ1) are installed, ring collector; an additional platform mounted on a shaft on which six accelerometers are installed, the first three of which provide tangential measurement, and the second three provide centripetal acceleration, the sensitivity axes of which are located at angles of 120 ° relative to each other for each triple of accelerometers, and a measuring angular velocity sensor ( ICC), the axis of sensitivity of which is combined with the axis of rotation of the shaft; an elastic end current lead containing the upper and lower pads, and gold power supply conductors attached to the pads, two reed switches mounted on the lower block and forming an angle at which the possibility of rupture or shorting of the current lead conductors, the magnet interacting with the reed switches, mounted on the upper block is excluded between the contacts of the reed switches, a cylindrical sleeve suspended in the housing on ball-bearing bearings coaxially with the shaft passing inside the sleeve, the rod, while the upper current lead block is closed eplena on the shaft, and the lower strip - by a cylindrical sleeve, the shaft is hollow on one portion of its length; a tape torsion located in the cavity of the shaft and attached with its lower end to the end of the hollow shaft portion, and the upper end to the middle of the rod, which is perpendicular to the axis of the shaft, passes through the holes of the cylindrical hollow shaft portion and is attached with two ends to the end of the cylindrical sleeve rigidly connected to a manifold sleeve, a tracking mechanism comprising a pulsed stepper motor and a gear transmission, wherein the stepper motor is fixed to the housing through a shock absorber, the output gear link is fixed EHO on the cylindrical sleeve coaxially therewith; a control unit for the tracking mechanism, consisting of a first microcontroller (MK1), a control driver, and a second power amplifier (UM2); the control processor, and the outputs of the left and right reed switches are connected, respectively, with the first and second input MK1, and the four outputs MK1 are connected respectively with the four inputs of the control driver, the four outputs of which are connected respectively with the four inputs of UM2, the four outputs of which, in turn are connected to four corresponding windings of the stepper motor, the input-output port (IW) MK1 is connected to the IWP5 of the control processor; input UM1 is connected to the output of the digital-to-analog converter connected by its input to PVV1 of the control processor; a control computer whose PVV2 is connected to the PVVZ of the control processor via a standard interface; an angular encoder containing a disk and two optical pickup heads, which are connected through the first signal converter to the control processor PV4, the heads being located at an angle of 180 ° to each other, the output of the controlled angular velocity meter is connected to the input of the second signal converter (via a collector or remotely ), the output of which is connected to the control computer 1. A distinctive feature of the stand is that a power supply conversion unit (BPNP), an information conversion unit (BPI) containing an analogue - a digital converter (ADC), a programmable logic integrated circuit (FPGA), a BPI bus, and a second microcontroller (MK2) with an interface that provides remote transmission of information in a serial code; a signal receiver mounted fixedly on the base of the stand, while the input of the BPNP through the power supply lines and collector contacts is connected to the output of the stationary power source, and the outputs of the BPNP are connected to the corresponding power inputs of BPI and MK2; the inputs of the BPI bus are connected respectively to the outputs of the ICS and each of the six accelerometers, from the first to seventh outputs of the bus of the BPI are connected respectively to the first to seventh inputs of the FPGA, and the outputs from the eighth to fourteenth of the bus of the BPI are connected, respectively, to the first to seventh inputs of the ADC; the outputs from the first to the seventh FPGAs are connected to the first to seventh inputs of MK2, and the outputs from the first to seventh ADCs are connected, respectively, with the eighth to fourteenth inputs of MK2; the output of the signal receiver is connected to PVV2 of the control processor.

ЛитератураLiterature

1. Ахмеджанов А.А. Системы передачи угла повышенной точности. - М.-Л.: «Энергия», 1966.1. Akhmedzhanov A.A. Angle transmission systems of increased accuracy. - 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., Fabricant E.A. Dynamic synthesis of gyroscopic stabilization systems. - L .: Shipbuilding, 1968. - 351 p.

4. Высокоточные преобразователи угловых перемещений / Под ред. А.А.Ахметжанова - М.: Энергоатомиздат, 1986.4. High-precision angular displacement transducers / Ed. A.A. Akhmetzhanova - M .: Energoatomizdat, 1986.

5. Гироскопические системы. Ч. III Элементы гироскопических приборов, под ред. Д.С. Пельпора. - М.: «Высшая школа», 1972.5. Gyroscopic systems. Part III Elements of gyroscopic instruments, ed. D.S. Pelpore. - M.: "Higher School", 1972.

6. Изерман Р. Цифровые системы управления: Пер. с англ. - М.: Мир, 1984. - 541 с.6. Iserman R. Digital control systems: TRANS. from English - M .: Mir, 1984. - 541 p.

7. Калихман Д.М. Прецизионные управляемые стенды для динамических испытаний гироскопических приборов / Под ред. акад. В.Г. Пешехонова - СПб. ГНЦРФ ЦНИИ «Электроприбор», 2008. - 304 с. ISBN 5-900780-82-5.7. Kalikhman D.M. Precision guided stands for dynamic testing of gyroscopic devices / Ed. Acad. V.G. Peshekhonova - St. Petersburg. SSCRF Central Research Institute Electropribor, 2008. - 304 p. ISBN 5-900780-82-5.

8. Калихман Д.М., Калихман Л.Я., Садомцев Ю.В., Полушкин А.В., Ермаков Р.В., Нахов С.Ф., Чеботаревский В.Ю. Применение микропроцессоров в схемотехнических решениях прецизионных кварцевых маятниковых акселерометров. //15 Санкт - Петербургская Международная конференция по интегрированным навигационным системам. - СПб.: Изд - во ЦНИИ «Электроприбор», 2008. С.173-176.8. Kalikhman D.M., Kalikhman L.Ya., Sadomtsev Yu.V., Polushkin A.V., Ermakov R.V., Nakhov S.F., Chebotarevsky V.Yu. The use of microprocessors in circuitry solutions of precision quartz pendulum accelerometers. // 15 St. Petersburg International Conference on Integrated Navigation Systems. - St. Petersburg: Publishing House - Central Research Institute "Elektropribor", 2008. S.173-176.

9. Калихман Д.М., Калихман Л.Я., Садомцев Ю.В., Полушкин А.В., Ермаков Р.В., Депутатова Е.А., Нахов С.Ф. Прецизионный широкодиапазонный стенд с инерциальными чувствительными элементами и цифровой системой управления. // 16 Санкт - Петербургская Международная конференция по интегрированным навигационным системам. - СПб.: Изд-во ЦНИИ «Электроприбор», 2009. С.48-53.9. Kalikhman D.M., Kalikhman L.Ya., Sadomtsev Yu.V., Polushkin A.V., Ermakov R.V., Deputatova E.A., Nakhov S.F. Precision wide-range bench with inertial sensors and a digital control system. // 16 St. Petersburg International Conference on Integrated Navigation Systems. - St. Petersburg: Publishing House of the Central Research Institute "Elektropribor", 2009. P.48-53.

10. Куо Б. Теория и проектирование цифровых систем управления. - М.: Машиностроение, 1986. - 448 с.10. Kuo B. Theory and design of digital control systems. - M.: Mechanical Engineering, 1986.- 448 p.

11. Садомцев Ю.В. Конструирование систем управления с обратной связью по критериям точности и грубости. - Саратов: Изд.-во Сарат. Гос. Техн. Университета, 2003. - 206 с.11. Sadomtsev Yu.V. Design of control systems with feedback according to the criteria of accuracy and rudeness. - Saratov: Publishing House of Sarat. Gos. Tech. University, 2003 .-- 206 p.

12. Патент RU 2142643 С1 6 G01P 21/00, приоритет от 10.07.1996. Широкодиапазонный стенд для контроля измерителей угловых скоростей / Калихман Д.М., и др./12. Patent RU 2142643 C1 6 G01P 21/00, priority dated July 10, 1996. A wide-range stand for monitoring angular velocity meters / Kalikhman D.M., et al. /

13. Патент RU №2378618, приоритет от 18.02.2008, Широкодиапазонный стенд для контроля измерителей угловой скорости / Калихман Д.М., и др./13. Patent RU No. 2378618, priority of 02/18/2008, Wide-range stand for monitoring angular velocity meters / Kalikhman D.M., et al. /

14. Фабрикант Е.А., Журавлев Л.Д. Динамика следящего привода гироскопических стабилизаторов. - М.: Машиностроение, 1984. - 248 с.14. Fabrikant E.A., Zhuravlev L.D. The dynamics of the servo drive gyroscopic stabilizers. - M.: Mechanical Engineering, 1984. - 248 p.

15. Хрущев В.В. Электрические машины систем автоматики. - Л.: «Энергоиздат», 1985. - с.4-11, с.324.15. Khrushchev V.V. Electric machines for automation systems. - L .: "Energoizdat", 1985. - p. 4-11, p. 344.

16. Юферов Ф.М. Электрические машины автоматических устройств. - М.: «Высшая школа», 1976 - с.302.16. Yuferov F.M. Electric machines of automatic devices. - M.: "Higher School", 1976 - p.302.

17. Патент №2044274, приоритет от 27.05.92. Стенд для контроля прецизионного гироскопического датчика угловой скорости / Калихман Д.М., и др./.17. Patent No. 2044274, priority from 05/27/92. A stand for monitoring a precision gyroscopic sensor of angular velocity / Kalikhman D.M., et al. /.

Claims (3)

1. Универсальный широкодиапазонный стенд для контроля измерителей угловой скорости, содержащий корпус, вал, установленный в корпусе с возможностью вращения, закрепленную на валу основную платформу, на которой установлен контролируемый измеритель угловых скоростей, электродвигатель постоянного тока, первый усилитель мощности (УМ1); кольцевой коллектор, дополнительную платформу, закрепленную на валу, на которой установлены шесть акселерометров, первая тройка из которых обеспечивает измерение тангенциального, а вторая тройка - центростремительного ускорения, оси чувствительности которых расположены под углами 120° относительно друг друга для каждой тройки акселерометров, и измерительный датчик угловой скорости (ДУС), ось чувствительности которого совмещена с осью вращения вала; упругий торцевой токоподвод, содержащий верхнюю и нижнюю колодки, и золотые проводники подвода питания, прикрепленные к колодкам, два геркона, закрепленные на нижней колодке и образующие угол, при котором исключена возможность разрыва или замыкания проводников токоподвода, взаимодействующий с герконами магнит, закрепленный на верхней колодке между контактами герконов, цилиндрическую втулку, подвешенную в корпусе на шарикоподшипниковых опорах соосно с валом, проходящим внутри втулки, стержень, при этом верхняя колодка токоподвода закреплена на валу, а нижняя колодка - на цилиндрической втулке, вал выполнен полым на одном участке своей длины; ленточный торсион, размещенный в полости вала и прикрепленный нижним концом к торцу полого участка вала, а верхним концом - к середине стержня, который расположен перпендикулярно оси вала, проходит через отверстия цилиндрического полого участка вала и прикреплен двумя концами к торцу цилиндрической втулки, жестко соединенной с втулкой коллектора, механизм отслеживания, содержащий импульсный шаговый двигатель и зубчатую передачу, при этом шаговый двигатель закреплен на корпусе через амортизатор, выходное звено зубчатой передачи закреплено на цилиндрической втулке соосно с ней; блок управления механизмом отслеживания, состоящий из первого микроконтроллера (МК1), драйвера управления и второго усилителя мощности (УМ2); управляющего процессора, причем выходы левого и правого герконов, закрепленных на нижней колодке токоподвода, соединены, соответственно, с первым и вторым входом МК1, причем четыре выхода МК1 соединены соответственно с четырьмя входами драйвера управления, четыре выхода которого соединены соответственно с четырьмя входами УМ2, четыре выхода которого, в свою очередь, соединены с четырьмя соответствующими обмотками шагового двигателя, порт ввода-вывода (ПВВ) МК1 соединен с ПВВ5 управляющего процессора; вход УMl соединен с выходом цифроаналогового преобразователя, соединенного своим входом с ПВВ1 управляющего процессора; управляющий компьютер, ПВВ2 которого связан с ПВВ3 управляющего процессора через стандартный интерфейс; угловой энкодер, содержащий диск и две считывающие оптические головки, которые через первый преобразователь сигнала соединены с ПВВ4 управляющего процессора, причем указанные головки расположены под углом 180° друг к другу, выход контролируемого измерителя угловых скоростей связан с входом второго преобразователя сигнала, выход которого связан с ПВВ1 управляющего компьютера, отличающийся тем, что в стенд введены блок преобразования напряжения питания (БПНП), блок преобразования информации (БПИ), содержащий аналого-цифровой преобразователь (АЦП), программируемую логическую интегральную схему (ПЛИС), шину БПИ, и второй микроконтроллер (МК2) с интерфейсом, обеспечивающим дистанционную передачу информации в последовательном коде, закрепленные на дополнительной платформе; приемник сигналов, закрепленный неподвижно на основании стенда, при этом вход БПНП через линии токоподвода и контакты коллектора соединен с выходом стационарного источника питания, а выходы БПНП соединены с соответствующими входами питания БПИ и МК2; входы шины БПИ соединены соответственно с выходами ИУС и каждого из шести акселерометров, с первого по седьмой выходы шины БПИ соединены соответственно с первым по седьмой входами ПЛИС, а выходы с восьмого по четырнадцатый шины БПИ соединены соответственно с первым по седьмой входами АЦП; выходы с первого по седьмой ПЛИС соединены с первым по седьмой входами МК2, а выходы с первого по седьмой АЦП соединены соответственно с восьмым по четырнадцатый входами МК2; выход приемника сигнала соединен с ПВВ2 управляющего процессора.1. A universal wide-range stand for monitoring angular velocity meters, comprising a housing, a shaft mounted rotatably in the housing, a main platform mounted on the shaft on which a controlled angular velocity meter, a DC motor, and a first power amplifier are installed (UM1); an annular collector, an additional platform mounted on a shaft on which six accelerometers are mounted, the first three of which provide tangential measurement, and the second three provide centripetal acceleration, the sensitivity axes of which are located at angles of 120 ° relative to each other for each of the three accelerometers, and a measuring sensor angular velocity (TLS), the axis of sensitivity of which is combined with the axis of rotation of the shaft; an elastic end current lead containing the upper and lower pads, and gold power supply conductors attached to the pads, two reed switches mounted on the lower block and forming an angle at which the possibility of rupture or shorting of the current lead conductors, the magnet interacting with the reed switches, mounted on the upper block is excluded between the contacts of the reed switches, a cylindrical sleeve suspended in the housing on ball-bearing bearings coaxially with the shaft passing inside the sleeve, the rod, while the upper block of the current supply is closed it is insulated on the shaft, and the lower block is on the cylindrical sleeve, the shaft is hollow in one section of its length; a tape torsion located in the cavity of the shaft and attached with its lower end to the end of the hollow shaft portion, and the upper end to the middle of the rod, which is perpendicular to the axis of the shaft, passes through the holes of the cylindrical hollow shaft portion and is attached with two ends to the end of the cylindrical sleeve rigidly connected to a manifold sleeve, a tracking mechanism comprising a pulsed stepper motor and a gear transmission, wherein the stepper motor is fixed to the housing through a shock absorber, the output gear link is fixed EHO on the cylindrical sleeve coaxially therewith; a control unit for the tracking mechanism, consisting of a first microcontroller (MK1), a control driver, and a second power amplifier (UM2); the control processor, and the outputs of the left and right reed switches mounted on the bottom block of the power supply are connected, respectively, with the first and second input MK1, and four outputs MK1 are connected respectively with four inputs of the control driver, four outputs of which are connected respectively with four inputs of UM2, four the output of which, in turn, is connected to the four corresponding windings of the stepper motor, the input-output port (IW) MK1 is connected to the IW5 control processor; the input UMl is connected to the output of the digital-to-analog converter, connected by its input to PVV1 of the control processor; a control computer whose PVV2 is connected to the PVV3 of the control processor via a standard interface; an angular encoder containing a disk and two optical pickup heads, which are connected through the first signal converter to the control processor PV4, the heads being located at an angle of 180 ° to each other, the output of the controlled angular velocity meter is connected to the input of the second signal converter, the output of which is connected to PVV1 of the control computer, characterized in that a power supply conversion unit (BPNP), an information conversion unit (BPI) containing an analog-to-digital converter are introduced into the stand l (ADC), a programmable logic integrated circuit (FPGA), BPI bus and a second microcontroller (MC2) with interface for remote transmission of information in a serial code attached to the additional platform; a signal receiver mounted fixedly on the base of the stand, while the input of the BPNP through the power supply lines and collector contacts is connected to the output of the stationary power source, and the outputs of the BPNP are connected to the corresponding power inputs of BPI and MK2; the inputs of the BPI bus are connected respectively to the outputs of the ICS and each of the six accelerometers, from the first to the seventh outputs of the bus of the BPI are connected respectively to the first to seventh inputs of the FPGA, and the outputs from the eighth to fourteenth buses of the BPI are connected respectively to the first to seventh inputs of the ADC; the outputs from the first to the seventh FPGAs are connected to the first to seventh inputs of MK2, and the outputs from the first to seventh ADCs are connected respectively to the eighth to fourteenth inputs of MK2; the output of the signal receiver is connected to PVV2 of the control processor. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве измерительного датчика угловой скорости используется прецизионный гироскопический измеритель угловой скорости любого типа (электромеханический датчик угловой скорости с электрической обратной связью, лазерный, волоконно-оптический, волновой твердотельный, динамически настраиваемый).2. The device according to claim 1, characterized in that a precision gyroscopic angular velocity meter of any type is used as an angular velocity measuring sensor (electromechanical angular velocity sensor with electric feedback, laser, fiber optic, wave solid state, dynamically adjustable). 3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что в качестве прецизионного измерителя линейных ускорений, измеряющего тангенциальное или центростремительные ускорения точек их крепления к платформе стенда, используется прецизионный измеритель линейных ускорений любого типа (кварцевый маятниковый, кремниевый маятниковый, поплавковый, струнный). 3. The device according to claim 1 or 2, characterized in that a precision linear acceleration meter of any type (quartz pendulum, silicon pendulum, float, string, is used as a precision linear acceleration meter, measuring tangential or centripetal accelerations of their attachment points to the platform of the stand) )
RU2012101374/28A 2012-01-16 2012-01-16 Multi-purpose wide-range test bench for monitoring of angular velocity metres RU2494345C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012101374/28A RU2494345C1 (en) 2012-01-16 2012-01-16 Multi-purpose wide-range test bench for monitoring of angular velocity metres

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012101374/28A RU2494345C1 (en) 2012-01-16 2012-01-16 Multi-purpose wide-range test bench for monitoring of angular velocity metres

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2012101374A RU2012101374A (en) 2013-07-27
RU2494345C1 true RU2494345C1 (en) 2013-09-27

Family

ID=49155281

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012101374/28A RU2494345C1 (en) 2012-01-16 2012-01-16 Multi-purpose wide-range test bench for monitoring of angular velocity metres

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2494345C1 (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU175037U1 (en) * 2016-05-18 2017-11-16 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт теоретической и экспериментальной биофизики Российской академии наук (ИТЭБ РАН) Installation for simulating in the ground laboratory the movement and orientation in space of artificial Earth satellites
EP3315917A1 (en) * 2016-10-27 2018-05-02 NXP USA, Inc. Microelectromechanical systems device test system and method
RU2657347C1 (en) * 2017-07-13 2018-06-13 Закрытое акционерное общество "Орбита" Stand for testing devices for impact of linear overloads
RU2737027C1 (en) * 2020-03-23 2020-11-24 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") Device for adjustment of angular velocity laser sensor
RU2795393C1 (en) * 2022-11-30 2023-05-03 Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации Method for bench calibration of a three-channel accelerometer unit

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113984382B (en) * 2021-12-27 2022-03-25 四川诚邦浩然测控技术有限公司 Angle sensor installation tool

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5099690A (en) * 1989-07-31 1992-03-31 Allied-Signal Inc. Fiber-optic gyroscope accelerometer
US6064928A (en) * 1997-04-24 2000-05-16 Automation Systems Laboratory, Inc. Mechanical sensor diagnostic method and system
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
RU2403538C1 (en) * 2009-05-22 2010-11-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственный центр автоматики и приборостроения им. Н.А. Пилюгина" Universal test bench to control precision gyro angular velocity metres

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5099690A (en) * 1989-07-31 1992-03-31 Allied-Signal Inc. Fiber-optic gyroscope accelerometer
US6064928A (en) * 1997-04-24 2000-05-16 Automation Systems Laboratory, Inc. Mechanical sensor diagnostic method and system
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
RU2403538C1 (en) * 2009-05-22 2010-11-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственный центр автоматики и приборостроения им. Н.А. Пилюгина" Universal test bench to control precision gyro angular velocity metres

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Депутатова Е.А. и др. Прецизионный стенд с датчиком угловой скорости в качестве инерциального чувствительного элемента и двухконтурной цифровой системой управления // Авиационная промышленность. - 2010. - No.1. - С.43-49. *
Депутатова Е.А. и др. Прецизионный стенд с датчиком угловой скорости в качестве инерциального чувствительного элемента и двухконтурной цифровой системой управления // Авиационная промышленность. - 2010. - №1. - С.43-49. Депутатова Е.А и др. Прецизионный широкодиапазонный стенд с инерциальными чувствительными элементами и цифровой системой управления // 16-я С.-Петерб. Междунар. конф. по инерциальным навигационным системам. - СПб.: Изд-во ЦНИИ «Электроприбор», 2009. - С.48-53. Депутатова Е.А. и др. Универсальный стенд с цифровой системой управления для контроля измерителей угловой скорости различного принципа действия // 17-я С.-Петерб. Междунар. конф. по инерциальным навигационным системам. - СПб.: Изд-во ЦНИИ «Электроприбор», 2010. - С.147-154. *

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU175037U1 (en) * 2016-05-18 2017-11-16 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт теоретической и экспериментальной биофизики Российской академии наук (ИТЭБ РАН) Installation for simulating in the ground laboratory the movement and orientation in space of artificial Earth satellites
EP3315917A1 (en) * 2016-10-27 2018-05-02 NXP USA, Inc. Microelectromechanical systems device test system and method
US10288447B2 (en) 2016-10-27 2019-05-14 Nxp Usa, Inc. Microelectromechanical systems device test system and method
RU2657347C1 (en) * 2017-07-13 2018-06-13 Закрытое акционерное общество "Орбита" Stand for testing devices for impact of linear overloads
RU2737027C1 (en) * 2020-03-23 2020-11-24 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") Device for adjustment of angular velocity laser sensor
RU2804762C1 (en) * 2022-11-15 2023-10-05 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А." Universal precision mechatronic stand with inertial sensing elements for monitoring gyroscopic angular velocity meters
RU2795393C1 (en) * 2022-11-30 2023-05-03 Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации Method for bench calibration of a three-channel accelerometer unit

Also Published As

Publication number Publication date
RU2012101374A (en) 2013-07-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2494345C1 (en) Multi-purpose wide-range test bench for monitoring of angular velocity metres
RU2378618C2 (en) Wide-range stand to control angular speed metres
CN204831330U (en) Three -axle table's attitude sensor test system
CN202304840U (en) Flexible gyroscope rebalancing loop board
CN102628694B (en) Control system and control method of single- axis turntable based on inertia device gyroscope and accelerometers
Baghli et al. Wireless instantaneous torque measurement, application to induction motors
CN106998162A (en) rotary transformer phase compensation
JP2019525335A (en) Device for positioning an object in space
RU2403538C1 (en) Universal test bench to control precision gyro angular velocity metres
CN105716595B (en) A kind of rotor deflection modulation error compensation method of suspension class gyroscope
CN111536998B (en) Two-axis separation type gyroscope calibration device adopting magnetoelectric encoder
CN106197478A (en) A kind of magnetic suspension position finder micro-torque detection method
CN102455183A (en) Triaxial attitude sensor
CN107607114B (en) Online frequency characteristic soft test method for digital gyroscope stabilization platform
RU2339912C1 (en) Spin-rate meter control stand
CN115950457B (en) Inertial device centrifugal test device for inertial navigation system calibration
CN103345149A (en) Dynamically tuned gyroscope servo control loop
CN203241436U (en) Calibration apparatus for multi-axis micro motion sensor
RU2804762C1 (en) Universal precision mechatronic stand with inertial sensing elements for monitoring gyroscopic angular velocity meters
RU2142643C1 (en) Wide-range bed to test angular velocity meters
CN204535722U (en) Liquid floated gyroscope system
CN108507771A (en) Passive electromagnetic damper for small torque calibration device
RU2044274C1 (en) Stand for testing precision angular velocity gyroscopic pickup
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
RU2385462C1 (en) Method of measuring angular velocity using monoaxial micromechanical gyroscope and device for realising said method

Legal Events

Date Code Title Description
TK4A Correction to the publication in the bulletin (patent)

Free format text: AMENDMENT TO CHAPTER -FG4A- IN JOURNAL: 27-2013 FOR TAG: (72)