КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

---

Номер проекта 22-29-00101

НазваниеРазработка концепции проектирования класса мехатронных стендов, использующих инерциальные чувствительные элементы.

Руководитель Калихман Дмитрий Михайлович, Доктор технических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А." , Саратовская обл

Конкурс №64 - Конкурс 2021 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 01 - Математика, информатика и науки о системах; 01-508 - Системный анализ

Ключевые слова мехатроника, поворотный стенд, схемное решение, гироскоп, акселерометр, цифровая система управления, синтез регуляторов, математическая модель, конкурентоспособность.

Код ГРНТИ50.43.17

---

 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

---

Аннотация
Рассматриваются схемотехнические решения построения поворотных стендов, в которых для управления движением применяются инерциальные чувствительные элементы различного физического принципа действия, а также показывается переход от аналоговых к цифровым системам управления как чувствительными элементами, так и поворотными стендами, что позволяет назвать их испытательным оборудованием нового поколения, объединяя в себе все составляющие науки мехатроники, а именно механику, электронику и кибернетику. Актуальность проекта заключается в создании современного конкурентоспособного отечественного оборудования для испытания и калибровки измерителей угловых скоростей, точностные характеристики которых с каждым годом улучшаются. Измерители угловых скоростей и линейного ускорения являются чувствительными элементами бесплатформенных инерциальных навигационных систем (БИНС), применяющихся в самых различных областях техники, начиная от космических, авиационных, морских, наземных и прочих систем и заканчивая современными смартфонами. При этом обязательным требованием к испытанию таких измерителей является создание контрольно-измерительного оборудования, точностные характеристики которого должны быть на порядок выше испытуемых приборов. Научная новизна заключается в следующем: 1. предложена концепция проектирования класса мехатронных поворотных стендов с инерциальными чувствительными элементами и цифровыми системами управления; 2. разработан ряд патентоспособных схемотехнических решений построения прецизионных стендов, вытекающий из общего системного подхода к их проектированию; 3. разработана классификация стендов как для контроля высокоточных гироскопических приборов (эталоны I-го рода), так и для промышленных предприятий (эталоны II-го рода); 4. предложен системный подход к разработке математических моделей мехатронных поворотных стендов и к синтезу цифровых регуляторов для каждого типа конструкции стенда; 5. показано, что применение инерциальных чувствительных элементов в стендах позволяет значительно снизить их габаритно-массовые характеристики, так как в стендах, построенных по принципу следящих систем, точности обеспечивались, в основном за счет высокоточных датчиков угла, приводных двигателей и больших моментов инерции платформ, на которых закреплялись поверяемые приборы, что приводило, в свою очередь, к возникновению заторможенных режимов при запуске стендов и больших величин пусковых токов, а также к невозможности задавать гармонические и иные колебания платформе стенда из-за возникающих больших угловых ускорений, которые могут привести к разрушению конструкции стенда. Применение инерциальных чувствительных элементов в системе управления стендами позволяет построить управление по угловой скорости, её первой производной (сигнал от акселерометров в системе управления) и по интегралу от угловой скорости (информация от прецизионного оптического датчика угла), что позволяет в сочетании с цифровой системой управления существенно увеличить точность проектируемых систем и значительно снизить моменты инерции платформы стенда, задавать не только постоянные движения платформы, но и гармонические колебания и движения по другим законам управления, что автоматически решает отмеченные выше проблемы; 6. показано, что в стендах с цифровыми системами управления возможна смена инерциальных чувствительных элементов вне зависимости от их класса и типа обратной связи. Показано, что смена инерциальных измерителей, являющихся чувствительными элементами стендов, не ведет к глобальному изменению конструкции и функциональной электроники, а обеспечивается за счет подстройки коэффициентов цифровой части регуляторов в системе управления; 7. получены новые алгоритмы цифрового управления инерциальными чувствительными элементами и платформой стенда с испытуемым прибором, обеспечивающие требуемых точностных и динамических характеристик; 8. разработано программно-математическое обеспечение, реализующее математические модели работы проектируемых стендов и произведена оценка погрешностей измерения разработанных систем; 9. исследовано влияние нежёсткости крепления испытуемого прибора к платформе стенда и влияние нежёсткости конструктивных элементов стенда на его точностные характеристики.

---

 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

---