автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.14, диссертация на тему:Разработка и исследование лазерной гониометрической системы контроля средств измерений угловых параметров движения

I \ и

-1 !ОРЛЙнХ'ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ХЕНТРАЛЬНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ

"ЭЛЕКТРОПРИБОР"

На правах рукописи

УДК 681.518.3:531.74 531.383-11:62-83-52

БЕРЕЗА Борис Владиленович

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ЛАЗЕРНОЙ ГОНИОМЕТРИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ КОНТРОЛЯ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ УГЛОВЫХ ПАРАМЕТРОВ ДВИЖЕНИЯ

Специальность 05.13.14 - Системы обработки информации

и управления

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург ■ 1993

Работа выполнена в ордена Трудового Красного Знамени Центральном научно-исследовательском институте "Электроприбор".

Научный руководитель доктор технических наук, профессор

Д.П.Лукьянов

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

И.Б.Челпанов,

кандидат технических наук К.А.Выгоиский

Ведущая организация Научно-производственное объединение "ВНИИМ имД.И.Менделе-ева",Санкт-Петербург

Защита состоится "_"_1993 г.

в часов на заседании специализированного Совета ДР 130.06.01 при ЦНИИ "Электроприбор" по адресу: 197046, г. Санкт-Петербург, ул. Малая Посадская, д.30.

С диссертацией можно ознакомиться в технической библиотеке ЦНИИ "Электроприбор".

Автореферат разослан "_"_1993 г.

Ученый секретарь специализированного совета кандидат технических наук

А.Г. Богданов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Одним из важных направлений вития современного приборостроения, машиностроения, метро-ии и других областей науки и техники является повышение ности средств измерений угловых параметров движения [УПД) и автоматизация процессов их испытаний и контроля.

В настоящее время одна из актуальных задач морского боростроения заключается в создании быстродействующих оматизированных установок для поверки прецизионных СИУПА, дящих в состав современных систем навигации и управления. С гом требований к метрологическим характеристикам СИУПА, дрением в системы навигации и управления подвижных ектов прецизионных лазерных гироскопов, динамически настра-емых гироскопов, волоконно-оптических гироскопов, бесплатфор-[ных инерциальных навигационных систем (БИНС), а тахже виметров и гравитационных градиентометров задачи •рологического обеспечения их разработки, производства и ытаний приобретают особую значимость.

Обеспечение единства измерений при проведении разработок, \едований и испытаний СИУПА связано с высокоточным произведением и контролем угловых скоростей и углов поворота ространстве. Существующие испытательные стенды (поворотные тформы и установки), как правило, не отвечают современным бованиям по точности, быстродействию, функциональным можностям и уровню автоматизации. Аля решения указанных ач необходимо создавать новые испытательные стенды и ановки, представляющие собой многофункциональные одно-, х- или трехосные автоматизированные измерительные системы 1С), реализующие прямые методы измерений.

Сложность проектирования современных АИС заключается в бходимости измерения угловых параметров воспроизводимых анических движений в динамике с погрешностью менее Э,2 угл.с, что соизмеримо с погрешностью существующих в ане эталонов. При этом важнейшее требование к автомата зиро-ному электроприводу АИС заключается в воспроизведении тоянных угловых скоростей вращения в широком динамическом пазоне (2,5' 1(Н-10 рад/с) с относительной погрешностью -10-3% и даже 10-5% в электроприводе гравитационного диентометра модуляционного типа (МГГ). Решение указанной ,ачи представляет сложную научно-техническую проблему и 1яется также весьма актуальным для таких областей как

машиностроение, робототехника, полиграфия, видеотехника, тсхш высококачественной магнитной и лазерной записи информации т.д. Для достижения сформулированных выше требований нaибoi перспективным представляется направление, связанное совершенствованием принципов регулирования угловых скорост вращения, разработкой методов и средств коррекции погрешност элементов привода, и, в первую очередь, инструментальн погрешностей применяемых измерительных преобразователей у1 (ИПУ). Данное направление стало интенсивно разрабатываться последние 5-10 лет в связи с развитием микропроцессорной техни созданием новых методов и средств измерений (СИ), включакни динамические методы лазерной гониометрии.

Как известно, при вращении кольцевого газового лаз1 (КГЛ) с постоянной угловой скоростью, превышающей статическ зону синхронизации, он формирует в пространстве равномерн угловую шкалу с высокой разрешающей способностью на уро! сотых долей угловой секунды. Существенными достоинствами А1 содержащих КГЛ, является сочетание высоких метрологичеа показателей в динамическом режиме работы с малым времен измерений.

Таким образом, можно ожидать, что разработка методов средств цифровой коррекции инструментальных погрешност элементов электропривода, усовершенствование методов контре угловых параметров движения на базе средств лазерной гон метрии позволит решить задачи создания перспективных авто] ■газированных установок для контроля прецизионных СИУПД.

Настоящая работа посвящена решению вопросов создан лазерной гониометрической АИС, предназначенной для контре метрологических характеристик дискретных преобразователей у1 (ДПУ), СИ угловых скоростей и ускорений, а также разрабо' методов и средств повышения точности воспроизведения углов скоростей прецизионным электроприводом, применяемым в сост; АИС, испытательных стендов, гравиметров и МГГ.

Целью работы является разработка принципов построен; создание и исследование автоматизированной лазерной гониом рической системы (АЛГС), предназначенной для контре прецизионных средств измерений угловых параметров движения.

Методика исследований базируется на использовании тео{ систем автоматического управления, теории информационно-из: рительных систем с применением автоматизированной обработк: анализа результатов экспериментов на основе элементов тео{ случайных функций и математической статистики.

Научная новизна работы заключается п следующем:

1. Выполнено исследование принципов построения прецизионных АИС контроля СИУПД. Обоснованы оптимальная структура и пути повышения точности АИС, предназначенных для решения перспективных задач морского приборостроения.

2. Определены наиболее рациональные варианты построения высокоточного электропривода для АЛГС, МГГ и испытательных стендов широкого назначения. Экспериментально исследовано влияние инструментальных погрешностей ДПУ индукционного типа на точность бесконтактного моментного электропривода, выполненного по фазовому принципу регулирования.

3. Усовершенствован метод динамического контроля ДПУ различных типов с повышенной разрешающей способностью на базе КГЛ. Синтезированы алгоритмы контроля ДПУ и угловой скорости вращения электропривода АИС. Предложен метод модуляции скорости вращения для решения задач динамической градуировки прецизионных угловых акселерометров и определения параметров неидентичности МГГ.

4. Теоретически и экспериментально обоснован цифровой способ коррекции фазоимпульсных электроприводов, обеспечивающий автокомпенсацию инструментальных погрешностей ДПУ, и, соответственно, повышение точности воспроизведения угловых скоростей вращения для ряда практических применений. Исследовано влияние ошибок дискретизации и квантования на точность стабилизации скорости вращения.

5. Получены аналитические выражения для случайной составляющей погрешности цифрового измерителя частоты в составе преобразователя "угол - временной интервал - код" АЛГС.

6. Проведено сравнительное исследование трех различных оптико-физических схем КГЛ с непрерывным механическим вращением, предназначенных для работы в составе АИС. Уточнена математическая модель погрешности вращающегося КГЛ по результатам экспериментальных исследований характера изменений его масштабного коэффициента.

7. Предложен и исследован новый способ определения положения измерительной оси КГЛ, основанный на точном позиционировании поверяемого прибора и задании вектора угловой скорости вращения (авторское свидетельство СССР N 175051).

8. Разработан экспериментальный образец одноосной АИС, реализующей предложенные методы лазерной гониометрии и автокомпенсации инструментальных погрешностей ДПУ. Проведены экспериментальные исследования АИС в различных режимах работы,

подтвердившие эффективность принятых научно-технических решений.

Практическая ценность. Предложенная структура г "¡строения прецизионной системы стабилизации угловой скорости вращения (СССВ) на базе бесконтактного моментного электропривода с циф- . ,ой коррекцией позволяет решить задачи создания перспективных АИС контроля СИУПД, прецизионных электроприводов для МГГ, высокоточных приборов и устройств модуляционного типа и испытательных стендов.

Разработанная методика определения выходных характеристик КГЛ и полученные результаты исследований позволили создать экспериментальную установку, соответствующую по точности измерений плоского угла образцовому средству измерений (ОСИ) 1-го разряда.

Предложенный метод определения инструментальных погрешностей ДПУ различных типов, наряду с цифровым способом их автокомпенсации, открывает новые возможности для использования фазоимпульсных электроприводов в перспективных системах навигации и управления, метрологии, приборостроении и робототехнике.

Разработанный задатчик для электропривода СССВ - программируемый цифровой синтезатор частоты (ПЦСЧ) - может быть использован как самостоятельное устройство в качестве универсального генератора тестовых сигналов (например, при решении задачи контроля измерительных каналов в АИС) или для управления полупроводниковыми широтно-импульсными преобразователями современных электроприводов с двигателями постоянного тока.

Практическая ценность результатов диссертационной работы подтверждается их использованием в ЦНИИ "Электроприбор".

Основные научные положения, выносимые на защиту:

1. Развитие лазерного гониометрического метода контроля метрологических характеристик ДПУ различных типов с учетом моделей погрешностей трех оптико-физических схем КГА.

2. Цифровой метод увеличения точности фазоимпульсных электроприводов, основанный на автокомпенсации инструментальных погрешностей ДПУ. Структура прецизионного электропривода для ряда перспективных приборов и устройств.

3. Результаты теоретических и экспериментальных исследований погрешностей цифрового измерителя частоты в составе преобразователя "угол - временной интервал - код" АЛГС.

6

4. Структура многоканальной АИС, предназначенной для .инамического контроля прецизионных СИУПД в задачах морского [риборостроения.

Публикации. Основное содержание работы, результаты и 1ЫВОДЫ диссертации опубликованы в 5 научно-технических статьях, научно-технических отчетах и защищены 1 авторским свидетель-твом. В опубликованных работах, выполненных в соавторстве, сковные результаты, относящиеся к диссертационной работе, полу-1ены автором самостоятельно.

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались ia ХШ - XVII межотраслевых научно-технических конференциях, госвященных памяти H.H. Острякова (Ленинград, 1982, 1984, 1986, 988, 1990 гг.); на научно-техническом семинаре в Институте кибер-1етики АН УССР (г.Киев, 1985 г.); на Школе-87 "Бесплатформенные шерциальные системы навигации и ориентации" (г.Осташков, .987 г.); на 6-м Всесоюзном симпозиуме "Проблемы создания пре-»бразователей формы информации" (г.Киев, 1988 г.); на Всесоюзной гаучно-технической конференции "Измерительно-информационные :истемы" (г.Ульяновск, 1989 г.); на семинаре по >лектромеханотронике "Совершенствование электрических машин и феобразователей на базе применения микропроцессорной и 1лектронной техники" (Ленинград, 1990 г.); на семинаре "Методы и :редства измерения механических параметров в системах контроля i управления" (г.Пенза, 1990 г.); на научно-техническом семинаре Лазеры в приборостроении и машиностроении" (г.Пенза, 1990 г.); на :еминаре "Разработка и применение перспективных приборов для тзмерения угловых скоростей и ускорений" (г.Ковров, 1991 г.); на Всесоюзном семинаре "Метрология лазерных измерительных систем" (г.Волгоград, 1991 г.); на Школе-91 "Бортовые гравиметры и •равитационные градиентометры" (г.Осташков, 1991 г.). Всего по теме диссертации сделано свыше 20 докладов.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из »ведения, четырех глав, заключения и списка литературы. Общее шело страниц 26 О , в том числе 194 страницы текста, 7 таблиц, 48 >исунков, список использованной литературы на 22 стр. (211 тименований).

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во нвелснии обосновывается актуальность темы, определяются цель диссертационной работы и научные задачи, подлежащие решению для достижения поставленной цели, кратко излагается содержание выполненных исследований, формулируются научные и практические результаты работы и основные положения, выносимые на защиту, приводятся данные о структуре диссертации.

Первая глава посвящена анализу проблем создания автоматизированных систем контроля СИУ ПА. В § 1.1 отмечается, что в связи с непрерывным ростом точности СИУПА проблема обеспечения единства измерений угловых перемещений, скоростей и ускорений выдвигается в морском приборостроении на одно из первых мест. При этом из комплекса задач, служащих обеспечению единства измерений в данной области, выделяется направление, связанное с созданием образцовых средств воспроизведения и контроля угловых скоростей вращения и поверки вновь разрабатываемых СИУПА повышенной точности и МГГ.

Выполнен анализ состояния разработок в области создания эталонов и образцовых средств воспроизведения и контроля угловых параметров движения за последние 20 лет в стране и за рубежом. Отмечена ведущая роль в данной области техники НПО "ВНИИМ имА.И. Менделеева", а также достижения НИИ прикладной механики (г.Москва), ЛГТУ и других организаций. На основе анализа методов и средств контроля СИУПА, а также современного уровня элементной базы сформулирован ряд принципов, которые могут быть положены в основу при проектировании перспективных АИС контроля СИУПА, соответствующих высшему мировому уровню.

Анализ приведенных материалов дает основание утверждать, что ключевой проблемой при создании перспективных поворотных платформ и установок для воспроизведения и контроля угловых параметров движения является повышение точности углоиз-мерительных систем и задающего электропривода.

В \ 1.2 рассматриваются особенности и преимущества применения КГЛ в углоизмерительных системах. Показывается, что лазерные гониометры обладают высокой разрешающей способностью, точностью и быстродействием, недостижимыми для большинства СИ других типов.

Приводится краткий обзор развития КГЛ и лазерных гониометрических систем. Отмечаются достижения ведущих организаций в данной области (НПО "ВНИИМ имА.И. Менделеева", ПО "Ар-

1ал" (г. Киев) и др.) и научных школ (ЛЭТИ им. В.И. Улья-ва(Ленина), БПИ (г.Минск)). Показывается, что погрешности цествующих образцов лазерных гониометров составляют -0,5 угл.с, что не отвечает требованиям по точности для ряда лач контроля СИУПД в морском приборостроении. На основании вестных из теории КГЛ оценок потенциальной точности угловых мерений делается вывод о том, что дальнейшее повышение точ-сти лазерных гониометрических систем может быть достигнуто тем совершенствования алгоритмов динамического контроля и работки информации.

В % 1.3 выполнен анализ современного состояния в области зработки приборного автоматизированного электропривода, пред-значенного для воспроизведения угловых скоростей в диапазоне •НН - 30 рад/с. Показывается, что дальнейшее повышение чности стабилизации угловых скоростей вращения в приборном ектроприводе может быть достигнуто путем совершенствования ементной базы (электродвигателей, ИПУ, токосъемников и опор ащения), обеспечивающей минимизацию возмущающих момен-в, действующих на ось вращения, разработки цифровых систем равления электроприводом; создания методов и средств коррек-[и погрешностей основных элементов привода с использованием [фровых средств.

Наиболее перспективным признано третье направление, торое интенсивно развивается в последние 5-10 лет на базе 1кропроцессорной техники, современных средств обработки инфор-шии и в связи с внедрением электромеханотронного подхода в оектирование современных электроприводов.

В ^ 1.4 определены новые пути исследований, методы и едства, разработка которых позволит успешно осуществлять нтроль прецизионных СИУПД. Сформулированы цель и основные учные задачи, подлежащие решению в рамках диссертационной боты.

Вторая глава посвящена разработке и исследованию принци-в построения АЛГС контроля СИУПД.

В ^2.1 сформулированы следующие основные функционально-чественные показатели перспективных АЛГС: универсальность, югоканальный съем и обработка информации, сопряжение «мерительных каналов с ПЭВМ, высокое быстродействие и (чность, управление процессами контроля СИУПД от ПЭВМ, тределяются требования к тактико-техническим характеристикам ЛГС и типу интерфейса с учетом особенностей измерительной 1сти системы и применяемых аппаратно-программных средств.

Рассматриваются вопросы метрологического обеспечения АИ контроля различных СИУПД с учетом специфики тестировани измерительных каналов, автоматизированной поверки существующих поверочных схем.

В & 2.2 обосновывается усовершенствованный принци динамического контроля ДПУ и скорости вращения на ба: лазерного гониометра. Для линейного приближения модел выходной характеристики вращающегося КГЛ вводится понят! обобщенного масштабного коэффициента АГ*кгл = / (Ккгл, Псм, П^), г/ Псм - смещение нуля КГЛ, О3 - проекция скорости вращения Земли 1 измерительную ось КГЛ. Предложен метод самокалибровки КП при котором не требуется реверсировать электропривс (платформу). Получены уравнения, связывающие измеряемые угл между гранями образцовой оптической призмы (ОП) - аэт; угловые сегменты контролируемого ДПУ - «дпу^ с выходны сигналом вращающегося КГЛ. Выполнена оценка методически погрешностей. Синтезированы алгоритмы самокалибровки КП динамического контроля ДПУ произвольного типа и угловс скорости вращения платформы.

Процесс самокалибровки КГЛ, в отличие от известны методик, осуществляется непрерывно внутри каждого оборота выполняется параллельно с контролем ДПУ, что обеспечивае повышение точности и достоверности контроля. Другая особенност предложенного метода измерений заключается в том, что дл повышения разрешающей способности КГЛ при определении ег выходного сигнала ^кгл используется принцип досчета импульсо при котором осуществляется заполнение временных интервалов начале и конце каждого цикла измерений импульсами эталонно частоты Г^т (/"эТ £ ^кгл)- Эти алгоритмы, дополненнь стандартными алгоритмами статистической обработки массиве данных за К оборотов (К = 10 - 100), обеспечивают снижен* случайной составляющей погрешности измерений.

Предложен алгоритм контроля правильности вводимы массивов данных в АЛГС. Идея контроля заключается в сравнени полученных результатов измерений с задаваемыми программны путем (или оператором) допустимыми граничными значениям] Решение задачи определения граничных значений базируется и изучении физических особенностей работы и характеристик КП ДПУ и электропривода. Алгоритм позволяет сократить длител] ность калибровки ДПУ в АЛГС за счет отбраковки недостоверны данных.

В § 2.3 обосновывается новый способ определения положени

змерительной оси КГЛ, обладающий повышенной точностью по равнению с традиционными методами, базирующимися на еометрическом определении положения измерительной оси по асположению зеркал, образующих резонатор. Идея определения оложения измерительной оси КГЛ, под которой понимают управление, задаваемое в пространстве двумя углами а и ¡3 в ртогональных плоскостях, заключается в измерении приращений ¡остоянной составляющей выходного сигнала ^кгл> которые озникают вследствие принудительного вращения корпуса прибора постоянной угловой скоростью швр, и вычислении значений углов : и & . Для решения системы уравнений вида ^кгл = Дшпр> а> ^ф) несколькими неизвестными измерения проводят циклами, азворачивая последовательно корпус КГЛ на фиксированный угол ф относительно плоскости горизонта. Вклад модуляционной оставляющей в результаты измерений компенсируется путем юдбора значений швр и длительности измерений Ти. С помощью азработанной аппаратуры достигнута точность определения углов : и 0 на уровне 1-2 угл.с.

В {$ 2.4 выполнено теоретическое исследование погрешностей щфрового измерителя частоты следования импульсов (преобразо->ателя "временной интервал - код") КГЛ. На основе вероятностных (аконоп распределения погрешностей преобразования измеряемой [астоты в цифровой кол получены аналитические выражения для глотности распределения случайной величины погрешности ,искретности измерителя среднего значения частоты и периода "ф, а также оценки их дисперсий и математических ожиданий. 1оказано, что плотности распределения случайных неличин и ф имеют вид смещенного закона Симпсона. Предложен алгоритм юсового осреднения результатов измерений. На основе критерия шнимума дисперсии ошибки и полученных аналитических сражений для взаимных корреляционных функций /Срср|1;ф +1 ме-одом неопределенных коэффициентов Лагранжа найдены значения (сех К весовых коэффициентов qv Показано, что применение (есового осреднения результатов К равноточных измерений поз-юляет уменьшить дисперсию случайной составляющей югрешности измерителя в ЛГ/6 раз по сравнению с обычным 1Среднением.

В 2.5 приводится классификация составляющих погреш-юстей АЛГС и дается обзор работ по исследованию основных уточников погрешностей лазерных гониометрических систем. 1олучены аналитические выражения для оценки реднеквадратического отклонения случайной составляющей

суммарной погрешности о^ АЛГС в режиме контроля АПУ произвольного типа. На основе обобщения данных о составляющих погрешности АЛГС и полученных экспериментальных результатов делается вывод о том, что наибольший вклад в результаты контроля ДПУ вносит нестабильность масштабного коэффициента КГЛ. Показывается, что при использовании предложенного в § 2.2 метода измерений и современных технических средств может быть достигнута точность контроля 0,1 угл.с (для систематической составляющей погрешности) при значении = 0,03 - 0,1 угл.с.

В \ 2.6 выполнен анализ некоторых перспективных путей повышения точности стабилизации угловых скоростей вращения в электроприводе АИС и МГГ. Обосновываются преимущества метода цифровой коррекции, на базе которого может быть эффективно реализована антокомпенсация инструментальной погрешности ДПУ путем включения в электропривод специализированного ПЦСЧ.

В % 2.7, базируясь на гипотезе о высокой стабильности инструментальной погрешности ДПУ (последовательности следования "нулевых" точек ДоС|, / = 1, /) индукционного типа, предложен метод цифровой коррекции фазоимпульсных СССВ. Идея коррекции заключается и формировании задающего воздействия не в виде равномерной последовательности импульсов, следующих с частотой /•/вр а п виде повторяющейся от оборота к обороту последовательности смещенных по времени импульсов от равномерной шкалы. При этом величина сдвига Д7} в каждом ;'-м такте описывается выражением Д7} = До^/2тг/вр. Аналитическое выражение для формируемого кода задающего воздействия (импульсной последовательности 7^сч) получено в виде:

А'-Трасч = £{(^т//вр/)а + (Д^/)/2п)}.

На основе этого уравнения может быть реализован ПЦСЧ, при включении которого в электропривод достигается автокомпенсация инструментальной погрешности ДПУ. Существенное достоинство метода состоит в том, что вычисление набора поправок {Д7}} выполняется заранее (до начала работы СССВ), что позволяет снизить требования к ПЦСЧ. Приводятся оценки методических погрешностей предложенного способа, исследовано влияние дискретизации на работу СССВ и установлены требования к ПЦСЧ АЛГС.

Обоснован метод модуляции угловой скорости вращения в фазоимпульсных СССВ с цифровой коррекцией инструментальных погрешностей ДПУ. Метод предназначен для решения задач динамической градуировки угловых акселерометров и определения

»аметров неидентичности инерциальных элементов МГГ. Синте-эован алгоритм формирования задающего воздействия в ПЦСЧ, ¡спечивающий модуляцию угловой скорости вращения по гармо-лескому закону ь>вр(0 = 2п/вр + (ем /2п/м)»ып(2п^г + %,), который юывастся следующим выражением:

Л^Т]М = Е ^ ---

I 2тг/вр+(ем/2п/м)5т[(2тг/и//вр/)/ + ?„)]

Рассматриваются особенности реализации метода в ПЦСЧ 1 кратном и некратном отношении частот модуляции /м и ицения /вр Получены оценки для минимальных значений ¡производимых амплитуд угловых ускорений ем = /(Гвр, Г).

В третьей главе рассматриваются результаты разработки и периментальных исследований АЛГС. Обосновывается струк->ная схема одноосной установки, предназначенной для контроля УПА и испытаний МГГ. В § 3.1-3.3 описываются особенности 1структивного исполнения устройства вращения, лазерного гонио-гра, системы съема и обработки информации и ПЦСЧ. Примене-г прецизионного аэростатического подвеса и специального соподвода с пониженным моментом трения позволило значи-^ьно снизить возмущающие моменты на исполнительной оси. агодаря включению в электропривод ААГС разработанных в [ИИ "Электроприбор" вентильного двигателя и ДПУ индукци-1ого типа, выполненного на базе призмы электромеханической = 256-512), достигнуто снижение внутриоборотной нестабильности ¡производимых угловых скоростей вращения в диапазоне = 0,3-4,0 об/с. Измеритель выходной информации лазерного шометра выполнен в виде набора модулей цифровых счетчиков, включение которых к микроЭВМ ДВК-2М осуществляется при по-ици контроллера, имеющего собственную внутреннюю магистраль, сая модификация интерфейса (Э-шина позволила упростить мы модулей и организовать опрос счетчиков, близкий по быстро-1ствию к режиму прерываний. В программном обеспечении [лизованы алгоритмы, полученные в главе 2, а также операции )да и вывода данных, обмена информацией с микроЭВМ, накоп-шя и статистической обработки информации и тестирования ГС.

Предложены различные варианты аппаратной реализации 1СЧ для электропривода АЛГС. Приводятся результаты фаботки универсального ПЦСЧ на базе микроЭВМ "Электроника

МК-90", в котором формирование задающего воздействия = Д^ FзT, /, А<Х|, ем, /м, ум) реализуется аппаратно-программным путем соответствии с алгоритмами, синтезированными 2.7. При этс программирование энергонезависимых сменных модулей памя~ "Электроники МК-90" производится при помощи адаптера связи каналом микроЭВМ более высокого уровня. Это позволж значительно сократить длительность отработки программно; обеспечения ПЦСЧ и повысить оперативность ввода наборов код* текущих поправок {Дс^} и {7^}.

В ё 3.4 предложен метод контроля ДПУ в приборном вариан исполнения (с собственными опорами вращения). Решены зада» выставки поверяемого узла с ДПУ и передачи механическо вращения от ведущего вала (электропривода АЛГС) к ведомому 61 потери точности и дополнительных нагрузок на опоры вращени Разработана конструкция устройства для калибровки (61 поводковых муфт), применение которого позволяет расшири' функциональные возможности АЛГС.

В £ 3.5 приводятся результаты экспериментальных исс/ дований различных оптико-физических схем КГЛ (БЛГ-; КМ-11-1 и "Фанза-Н") при помощи АЛГС и экспериментальной уст новки, созданной в ЛЭТИ им.В.И.Ульянова(Ленина). Получен оценки выходных парметров КГЛ, включая нелинейность кА нестабильность масштабного коэффициента ДАТКГЛ/ХКГЛ. Показа! что относительное изменение ДАГкгл/АГкгл в прецизионных прибор не превышает 1*1(Н% . Установлено, что наиболее перспективны? для применения в лазерных гониометрах являются КГЛ ти] КМ-11-1 и "Фанза-Н".

В & 3.6 приводятся результаты экспериментальных исс/ дований АЛГС в режиме контроля многогранных ОП и ДПУ. результате проверки АЛГС от имитатора сигналов показано, ч неисключенная систематическая составляющая методической пс решности контроля ДПУ (независимо от величины измеряемо угла адду:) не превышает 0,02 - 0,027 угл.с при значен! «г = 0,05-0,07 угл.с. Эти результаты согласуются с теоретически! оценками предельной погрешности АЛГС, полученными в 2.5, подтверждают потенциальные возможности лазерных гониомс рических систем. Метрологическое исследование характерист АЛГС, выполненное путем сличения результатов контро 24-гранной образцовой ОП с результатами, полученными п помощи аттестованного гониометра-спектрометра ГС-1Л, показав что неисключенная систематическая составляющая погрешнос АЛГС не превышает 0,1-0,2 угл.с.

С помощью АЛГС проведено экспериментальное исследование У, встроенного в устройство вращения. Найденные оценки длин-[ериодных составляющих инструментальной погрешности ДПУ пали со значениями, полученными при статическом методе [троля. Установлено влияние характеристик токоподвода и ктронного преобразователя, входящего в состав ДПУ, на бильность его погрешности. С учетом особенностей принятых годов измерений, связанных со спецификой использования ходного сигнала ДПУ в замкнутой фазоимпульсной системе и »бством реализации алгоритмов цифровой коррекции, контроль [У производится путем определения набора приращений Да дп^ эункции возрастания их номеров внутри оборота (/ = 1/). Переход принятой в теории информационных электрических машин грешности АадПу в функции угла поворота (или номера ;') ществляется суммированием: Досд^ = ^ Да ДПУя- ® результате полненных в течение года исследовании подтверждена высокая [бильность погрешности ДПУ во времени на уровне 0,05-0,12 угл.с., о позволяет реализовать предложенный метод цифровой эрекции.

Четвертая глава посвящена экспериментальному исследова-ю электропривода АЛГС. В £ 4.1, 4.2 исследовано влияние грешности ДПУ на точность стабилизации скорости вращения, тановлено, что появление низкочастотных гармоник в воспроиз-Л.ИМОЙ угловой скорости обусловлено длиннопериодными гармо-ками инструментальной погрешности ДПУ (получены оценки рмируемого коэффициента корреляции Яда/ = 0,97-0,996).

вменение разработанного метода цифровой коррекции приводит снижению внутриоборотной погрешности скорости вращения в 30 раз. Таким образом, подтверждена правильность теоретичес-х положений и выводов, обоснованных в главе 2.

Представлены результаты исследований электропривода в жиме модуляции угловой скорости вращения по гармоническому кону. Установлена высокая точность воспроизведения угловых горений с амплитудами ем = 0,0015 - 0,04 рад/с2 в диапазоне частот -5 Гц. Показаны возможности использования АЛГС в режиме нтроля прецизионных угловых акселерометров и испытаний МГГ.

В ^ 4.3 исследовано влияние ошибок дискретизации и антования, возникающих в ПЦСЧ, на точность стабилизации ловой скорости вращения. Установлено, что неполная авто-мпенсация погрешности ДПУ связана с ошибками дискретизации, торые возникают при формировании кодов текущих поправок этенциальные возможности предложенного метода цифровой

коррекции могут быть реализованы при увеличении эталон! частоты или путем включения в ПЦСЧ дополнительна

устройства, формирующего задающую последовательность {Т^ по нониусному принципу.

В результате проведенных исследований намече дальнейшие пути развития разработанных методов и средс Приводятся результаты разработки новых элементов электроп вода МГГ, которые могут быть использованы в АЛГС. Наибо перспективными признаны направления работ, связанные с соз нием алгоритмов адаптивной коррекции и комбинированного упр ления на базе цифровых регуляторов в основном контуре элект привода.

Внедрение в метрологическую практику разработанн принципов построения АИС для контроля СИУПД позво/ усовершенствовать государственные поверочные схемы и ОСИ также открывает новые возможности для проведения исследоваь прецизионных средств измерений.

В заключении кратко сформулированы следующие основн результаты работы:

1. Усовершенствован лазерный гониометрический мет контроля метрологических характеристик ДПУ различных типо повышенной до 0,05 угл.с. разрешающей способностью. Реше задачи синтеза алгоритмов контроля на базе цифровых мето/ измерений и создания программного обеспечения АИС.

2. Разработан и исследован цифровой способ коррекции фа импульсных электроприводов, обеспечивающий автокомпенсац инструментальных погрешностей ДПУ. С помощью созданш универсального программируемого задатчика - ПЦСЧ достигну снижение относительной погрешности воспроизведения угло! скорости вращения электропривода АЛГС в 10-30 раз до уров (1-2 )• 1 (Н%.

3. Разработаны математические модели процесса дина* ческого контроля ДПУ, цифрового измерителя частоты следован импульсов и погрешностей КГЛ. На основе полученных ана, тических выражений для плотности распределения и статис ческих характеристик случайной составляющей погрешнос измерений уточнены требования к цифровому измерите выходного сигнала КГЛ.

4. Предложен способ определения положения измерителы оси КГЛ с повышенной точностью. Применение спосс обеспечивает увеличение точности лазерных гониометрическ систем и систем навигации и управления на основе КГЛ.

5. На основе предложенных принципов построения АИС контроля средств измерений угловых параметров движения создан экспериментальный образец установки, обладающей повышенной точностью, быстродействием и расширенными функциональными возможностями. По результатам выполненных экспериментальных исследований уточнены модели погрешностей трех оптико-физических схем КГЛ и оценена эффективность их применения в лазерных гониометрических системах.

6. Выполнено комплексное исследование характеристик бесконтактного моментного электропривода АЛГС в различных режимах функционирования установки. Впервые получены достоверные оценки инструментальной погрешности АПУ в динамике с точностью 0,1 угл.с и подтверждена высокая стабильность систематической погрешности АПУ индукционного типа во времени.

7. Предложен метод модуляции скорости вращения электропривода АЛГС для задач динамической градуировки высокочувствительных угловых акселерометров и параметрической настройки инерциальных элементов МГГ. Экспериментально подтверждена высокая точность воспроизведения установкой угловых ускорений с амплитудами до 0,04 рад/с2 в диапазоне частот 0,4 - 5 Гц.

Результаты, полученные в диссертации, опубликованы в 35 научных работах, из которых основными являются следующие:

1. , Береза Б.В., Блажнов Б.А. Исследование влияния "частотной подставки" с шумовой модуляцией на точностные характеристики лазерного гироскопа // Вопросы кораблестроения. Сер. Навигация и гироскопия.- 1982. - Вып.61. - С.44-51.

2. Береза Б.В., Блажнов Б.А., Фрезинский B.C. Современное состояние разработки высокоточных лазерных гироскопов для систем морской навигации за рубежом и в СССР/ В сб. Бесплатформенные инерциальные системы навигации и ориентации. - М.: АН СССР. Научный Совет по проблемам управления движением и навигации, 1989. - Кн.2. - С.7-20.

3. Береза Б.В. Лазерный гониометрический метод хонтроля оптических многогранных призм и дискретных преобразователей угловых перемещений // Судостроительная промышленность. Сер. Общетехническая. Гироскопическая и навигационная техника.- 1991.-Вып.32. - С.56-64.

4. Береза Б.В., Блажнов Б.А. Автоматизированный комплекс для контроля дискретных преобразователей угла в динамическом режиме / Там же, с.65-72.

5. Береза Б.В. Цифровая коррекция фазоимпульсных систем

стабилизации скорости вращения // Судостроительная промышленность. Сер. Общетехническая. Гироскопическая и навигационная техника. - 1992. - Вып. 3. - С.42-50.

6. Береза Б.В., Бакулин В.Н., Блажнов Б.А. Метод динамической калибровки дискретных датчиков угла / Материалы 15-й межотраслевой НТК памяти H.H. Острякова. -Л. : ЦНИИ "Румб", 1987.- С.294.

7. Береза Б.В., Епифанов O.K., Руденко К.П. Исследование высокоточных преобразователей угла для системы начальной выставки БИНС / Тез. докл. Школы-87 "Бесплатформенные инерци-альные системы навигации и ориентации". - Осташков, 1987. - С.64.

8. Береза Б.В., Епифанов O.K., Леонов Л.Н. Исследование методов и средств динамического контроля высокоточных преобразователей угла систем стабилизации скорости вращения / Тез. докл. 6-го Всес. симпозиума "Проблемы создания преобразователей формы информации". - Киев.:РДНТП, 1988. - С.76.

9. Береза Б.В., Филатов Ю.В., Мелехов П.В. Исследование характеристик вращающихся кольцевых лазеров / Материалы 16-й межотраслевой НТК памяти H.H. Острякова. -Л.гЦНИИ "Румб", 1989. -С.212-213.

10. Береза Б.В., Блажнов Б.А., Зуйков И.Е. Цифровой синтезатор частоты для систем стабилизации скорости вращения модуляционного градиентометра / Там же, с.264-265.

11. Береза Б.В. Метод калибровки дискретных преобразователей угла, работающих в составе привода ЧЭ гравиметра и градиентометра / Там же, с.364-365.

12. Береза Б.В. Анализ погрешностей кольцевого лазера в высокоточном гониометрическом устройстве / Материалы 17-й межотраслевой НТК памяти H.H. Острякова. -Л.: НПО "Азимут", 1992.- С.241-242.

13. Береза Б.В. Проблемы создания стендового оборудования для метрологического обеспечения гироскопических средств измерений угловой скорости и градиентометрии / Там же, с344-345.

14. Береза Б.В., Блажнов Б.А. Автоматизированная лазерная гониометрическая система контроля дискретных преобразователей угла / Тез. докл. семинара "Лазеры в приборостроении и машиностроении". - Пенза, 1990. - С.13-14.

15. Береза Б.В., Блажнов Б.А. Исследование точностных характеристик лазерного гониометра в режиме динамического контроля дискретных преобразователей угла и скорости вращения поворотной установки / Тез. докл. Всес. семинара "Метрология лазерных измерительных систем". - Волгоград, 1991.-С.101-103.

16. Береза Б.В., Блажнов Б.А. Результаты разработки и ис-д,ований высокоточного электропривода гравитационного гради-ометра модуляционного типа / Тез. докл. Школы-91 "Бортовые виметры и гравитационные градиентометры". - Осташков. 1991.

17. Береза Б.В., Блажнов Б.А., Денисов Б.И. Исследование актеристик прецизионных угловых акселерометров / Материалы [инара "Разработка и применение перспективных приборов для дерения угловых скоростей и ускорений". - Ковров, 1991.

18. А. с. 175051 СССР. Способ определения положения оси (ствительности лазерного гироскопа / З.А.Слив, Л.С.Элинсон, [.Урьяш, Б.В.Береза. -1982.

>дписано к печати -18. 01.93 г. Объем 1,0 п.л. Заказ N 2 Тираж 100 экз. Бесплатно

ЦНИИ "Электроприбор", 197046, С.-Петербург, ул. Малая Посадская, 30 .