Помощь студентам в учебе
МОДЕРНИЗАЦИЯ СТЕНДА ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ КАЛИБРОВОЧНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ МАЯТНИКОВОГО АКСЕЛЕРОМЕТРА
|
Аннотация
ВВЕДЕНИЕ 7
1 АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР 9
1.1 Обзор объектов исследования 9
1.2 Испытательные стенды для акселерометров 13
1.3 Недостатки испытательного стенда 17
1.4 Выводы по главе 1 18
2 ФОРМИРОВАНИЕ МЕТОДОВ РЕШЕНИЯ ПОСТАВЛЕННЫХ ЗАДАЧ 20
2.1 Методы проведения эксперимента 20
2.2 Математическая модель стенда 25
2.3 Программное обеспечение для исследования 28
2.4 Выводы по главе 2 31
3 РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРИСПОСОБЛЕНИЯ И
ПРОГРАММЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ ЛАБОРАТОРНОГО СТЕНДА 32
3.1 Моделирование технологического приспособления 32
3.2 Изготовление технологического приспособления 36
3.3 Изготовление платы коммутации 44
3.4 Формирование программы моделирования 50
3.5 Выводы по главе 3 53
4 МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ 54
4.1 Подключение лабораторного стенда 54
4.2 Программное обеспечение для лабораторного стенда 55
4.3 Математическое модерирование в Simulink 59
4.4 Выводы по главе 4 62
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 64
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 66
ПРИЛОЖЕНИЯ 69
ПРИЛОЖЕНИЕ А 69
ПРИЛОЖЕНИЕ Б 73
ПРИЛОЖЕНИЕ В
ВВЕДЕНИЕ 7
1 АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР 9
1.1 Обзор объектов исследования 9
1.2 Испытательные стенды для акселерометров 13
1.3 Недостатки испытательного стенда 17
1.4 Выводы по главе 1 18
2 ФОРМИРОВАНИЕ МЕТОДОВ РЕШЕНИЯ ПОСТАВЛЕННЫХ ЗАДАЧ 20
2.1 Методы проведения эксперимента 20
2.2 Математическая модель стенда 25
2.3 Программное обеспечение для исследования 28
2.4 Выводы по главе 2 31
3 РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРИСПОСОБЛЕНИЯ И
ПРОГРАММЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ ЛАБОРАТОРНОГО СТЕНДА 32
3.1 Моделирование технологического приспособления 32
3.2 Изготовление технологического приспособления 36
3.3 Изготовление платы коммутации 44
3.4 Формирование программы моделирования 50
3.5 Выводы по главе 3 53
4 МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ 54
4.1 Подключение лабораторного стенда 54
4.2 Программное обеспечение для лабораторного стенда 55
4.3 Математическое модерирование в Simulink 59
4.4 Выводы по главе 4 62
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 64
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 66
ПРИЛОЖЕНИЯ 69
ПРИЛОЖЕНИЕ А 69
ПРИЛОЖЕНИЕ Б 73
ПРИЛОЖЕНИЕ В
Для осуществления управляемого полета в космическом или околоземном пространстве на летательных аппаратах необходимо иметь навигационные устройства, позволяющие определить такие навигационные элементы, как направление и величину вектора скорости полета, линейные и угловые координаты в избранной системе координат. Для проведения летательного аппарата по заданной траектории навигационная информация содержит минимальное количество элементов. Среди навигационных систем, необходимых для получения информации о движении объектов главное место занимают инерциальные системы. Акселерометры являются важными элементами такой системы.
Акселерометр - это датчик линейных ускорений, предназначенный для измерения ускорения движущегося объекта и преобразования его в электрический сигнал .
Большое разнообразие акселерометров объясняется тем, что инерциальные элементы находятся в процессе разработки и не все возникающие проблемы нашли окончательные решения. Одной из самых сложных задач при создании инерционных элементов, наряду с соответствующей надежностью и технологичностью, является обеспечение высокой точности. Погрешности прибора проявляются в измеряемом значении, например, в виде кажущегося ускорения акселерометров.
Повышение точности характеристик акселерометров осуществляется путем совершенствования их конструкций и калибровки, то есть путем введения алгоритмической компенсации инструментальных погрешностей измерений устройств с учетом математической модели инерциальных датчиков. Поэтому калибровка является одним из важнейших этапов подготовки к эксплуатации и обеспечения параметров точности инерциальных блоков.
Основная трудность, возникающая в этих блоках, заключается в том, что во время быстрых поворотов объекта акселерометры подвергаются воздействию гораздо более сильных угловых скоростей по сравнению с акселерометрами, установленными на стабилизированной платформе и тем самым изолированными от влияния крутых поворотов. Погрешности считаемые незначительными для акселерометров, расположенных на стабилизированной платформе, оказывают существенное влияние на выходной сигнал акселерометров в условиях их использования .
В связи с этим, рассматривается проблема входного контроля параметров акселерометра и ставится задача разработки лабораторного стенда для проверки маятникового акселерометра. Используя этот стенд, можно построить калибровочную характеристику акселерометра, которая дает возможность максимально использовать потенциальные возможности датчика.
Значимость испытательного стенда заключается в востребованности в учебном процессе.
Учитывая, что инерциальные блоки обладают преимуществами по массовогабаритным характеристикам при решении задач навигации, то проблема идентификации характеристик акселерометров является актуальной.
Цели работы:
• проведение аналитического обзора по теме «Модернизация стенда для формирования калибровочной характеристики маятникового акселерометра»;
• формирование методов решения задачи модернизации лабораторного стенда;
• разработка технологического приспособления и программы моделирования работы лабораторного стенда;
• разработка методики проведения экспериментальных исследований с использованием технологического приспособления и программы моделирования стенда;
• разработка методических указаний по проведению работ со стендом.
Акселерометр - это датчик линейных ускорений, предназначенный для измерения ускорения движущегося объекта и преобразования его в электрический сигнал .
Большое разнообразие акселерометров объясняется тем, что инерциальные элементы находятся в процессе разработки и не все возникающие проблемы нашли окончательные решения. Одной из самых сложных задач при создании инерционных элементов, наряду с соответствующей надежностью и технологичностью, является обеспечение высокой точности. Погрешности прибора проявляются в измеряемом значении, например, в виде кажущегося ускорения акселерометров.
Повышение точности характеристик акселерометров осуществляется путем совершенствования их конструкций и калибровки, то есть путем введения алгоритмической компенсации инструментальных погрешностей измерений устройств с учетом математической модели инерциальных датчиков. Поэтому калибровка является одним из важнейших этапов подготовки к эксплуатации и обеспечения параметров точности инерциальных блоков.
Основная трудность, возникающая в этих блоках, заключается в том, что во время быстрых поворотов объекта акселерометры подвергаются воздействию гораздо более сильных угловых скоростей по сравнению с акселерометрами, установленными на стабилизированной платформе и тем самым изолированными от влияния крутых поворотов. Погрешности считаемые незначительными для акселерометров, расположенных на стабилизированной платформе, оказывают существенное влияние на выходной сигнал акселерометров в условиях их использования .
В связи с этим, рассматривается проблема входного контроля параметров акселерометра и ставится задача разработки лабораторного стенда для проверки маятникового акселерометра. Используя этот стенд, можно построить калибровочную характеристику акселерометра, которая дает возможность максимально использовать потенциальные возможности датчика.
Значимость испытательного стенда заключается в востребованности в учебном процессе.
Учитывая, что инерциальные блоки обладают преимуществами по массовогабаритным характеристикам при решении задач навигации, то проблема идентификации характеристик акселерометров является актуальной.
Цели работы:
• проведение аналитического обзора по теме «Модернизация стенда для формирования калибровочной характеристики маятникового акселерометра»;
• формирование методов решения задачи модернизации лабораторного стенда;
• разработка технологического приспособления и программы моделирования работы лабораторного стенда;
• разработка методики проведения экспериментальных исследований с использованием технологического приспособления и программы моделирования стенда;
• разработка методических указаний по проведению работ со стендом.
В ходе проведения аналитического обзора были осуществлены следующие действия:
1) Проведено исследование классификаций акселерометров.
2) Подробно описан принцип работы маятникового акселерометра, используемого в данном исследовании.
3) Рассмотрен существующий испытательный стенд и принцип его функционирования.
4) Выявлены недостатки прототипа, которые препятствуют проведению экспериментального исследования.
В работе были рассмотрены испытания акселерометра на центрифуге. Была разработана схема расположения датчика на движущейся платформе для проведения испытания. Была составлена структурная схема испытательного стенда, на основе которой была создана математическая модель. Эта модель была использована при формировании программной модели и проведении дальнейших численных экспериментов.
В рамках работы было выполнено моделирование технологического приспособления и составлена соответствующая техническая документация. Затем было подготовлено задание в программе POLYGON X для последующей печати деталей на 3Э-принтере. Рассмотрены преимущества и недостатки ABS -пластика, который был выбран для печати деталей.
После успешной печати деталей приспособления на принтере Designer X PRO, разъем на плате согласования был перепаян для обеспечения подключения к лабораторным стендам. Кроме того, для центрифуги была изготовлена плата коммутации с использованием фрезерного станка и станка лазерной резки.
На основе уравнений из второй главы была разработана программа моделирования работы стенда в среде MATLABSimulink. Эта программа позволяет провести динамическое моделирование работы центрифуги и испытуемого прибора, а также выполнить численные оценки времени накопления данных, необходимых для статистического анализа характеристик акселерометра.
В процессе работы была составлена схема подключения лабораторного стенда с акселерометром. Была рассмотрена программа Advanced Serial Port Monitor, которая обеспечивает прием данных с датчика на компьютер. Также был описан протокол обмена данными во время эксперимента. Подробно рассмотрены режимы работы и интерфейс центрифуги, а также программа дистанционного управления.
Было проведено моделирование исследования в среде Simulink, в ходе которого были получены следующие графики:
• график разгона платформы поворотного стола;
• сводный график симуляции поворотного стола с акселерометром;
• откалиброванный график выходного сигнала акселерометра;
• график зависимостей стенда.
Анализируя полученные графики, можно наблюдать, что после введения калибровочного коэффициента выходные сигналы акселерометра сходятся на заданном уровне. Это позволяет сделать вывод о правильном выборе калибровочных коэффициентов и верной разработке математической и программной моделей.
В заключении следует отметить, что проведение лабораторных испытаний является важным этапом в разработке и создании новых навигационных систем и элементов. Использование испытательных стендов позволяет проверить параметры и характеристики объекта исследования в контролируемых условиях, что позволяет улучшить качество и надежность продукции, а также повысить эффективность ее эксплуатации.
1) Проведено исследование классификаций акселерометров.
2) Подробно описан принцип работы маятникового акселерометра, используемого в данном исследовании.
3) Рассмотрен существующий испытательный стенд и принцип его функционирования.
4) Выявлены недостатки прототипа, которые препятствуют проведению экспериментального исследования.
В работе были рассмотрены испытания акселерометра на центрифуге. Была разработана схема расположения датчика на движущейся платформе для проведения испытания. Была составлена структурная схема испытательного стенда, на основе которой была создана математическая модель. Эта модель была использована при формировании программной модели и проведении дальнейших численных экспериментов.
В рамках работы было выполнено моделирование технологического приспособления и составлена соответствующая техническая документация. Затем было подготовлено задание в программе POLYGON X для последующей печати деталей на 3Э-принтере. Рассмотрены преимущества и недостатки ABS -пластика, который был выбран для печати деталей.
После успешной печати деталей приспособления на принтере Designer X PRO, разъем на плате согласования был перепаян для обеспечения подключения к лабораторным стендам. Кроме того, для центрифуги была изготовлена плата коммутации с использованием фрезерного станка и станка лазерной резки.
На основе уравнений из второй главы была разработана программа моделирования работы стенда в среде MATLABSimulink. Эта программа позволяет провести динамическое моделирование работы центрифуги и испытуемого прибора, а также выполнить численные оценки времени накопления данных, необходимых для статистического анализа характеристик акселерометра.
В процессе работы была составлена схема подключения лабораторного стенда с акселерометром. Была рассмотрена программа Advanced Serial Port Monitor, которая обеспечивает прием данных с датчика на компьютер. Также был описан протокол обмена данными во время эксперимента. Подробно рассмотрены режимы работы и интерфейс центрифуги, а также программа дистанционного управления.
Было проведено моделирование исследования в среде Simulink, в ходе которого были получены следующие графики:
• график разгона платформы поворотного стола;
• сводный график симуляции поворотного стола с акселерометром;
• откалиброванный график выходного сигнала акселерометра;
• график зависимостей стенда.
Анализируя полученные графики, можно наблюдать, что после введения калибровочного коэффициента выходные сигналы акселерометра сходятся на заданном уровне. Это позволяет сделать вывод о правильном выборе калибровочных коэффициентов и верной разработке математической и программной моделей.
В заключении следует отметить, что проведение лабораторных испытаний является важным этапом в разработке и создании новых навигационных систем и элементов. Использование испытательных стендов позволяет проверить параметры и характеристики объекта исследования в контролируемых условиях, что позволяет улучшить качество и надежность продукции, а также повысить эффективность ее эксплуатации.
