Автореферат (1025388), страница 3
Текст из файла (страница 3)
В качестве критерия оптимума целесообразно принять абсолютную погрешность измерения углового отклонения главной оси инерции: Л,(~р„З,) -+ ппп (21) Численное моделирование проведено для объекта (прямоугольный параллелепипед) с габаритными размерами а=3 м, 6=1 м, с=1,5 м и массой т=1000 кг, углы Эйлера поворота системы координат модели относительно измерительной а=5', р=15', у=-5'. Угловое смещение 9,,„.=-20'.
Относительная случайная погрешность измерения осевых МИ вЂ” 0,1%. Инструментальная погрешность определения направляющих углов измерительных осей Э;, у; — 1'. Результаты показывают (Таблица 1), что оптимальная схема расположения двух осей в горизонтальной плоскости, а оставшихся четырех на поверхности конуса. Абсолютная допускаемая погрешность определения направления главной оси инерции Ох при применении такой схемы не превышает б' при доверительной вероятности измеренийр=0,95.
Таблица 1. 8 третьей главе проводится разработка технических средства для компенсации методических погрешностей измерений ПГМ за счет исключения негативного влияния сил трения в опоре совмещенного стенда на результаты измерений, взамен дорогостоящих аэростатических сферических подшипников, применяемых традиционно в качестве опорных узлов. Критическими конструктивными элементами стендов контроля ПГМ КА являются шарнирные опоры, поддерживающие вес подвижной части (платформы с установленным изделием).
Точность определения ПГМ напрямую зависит от силы трения в шарнирных опорах, поскольку с увеличением сил трения снижается чувствительность измерительной системы. Для увеличения точности измерений в опоре должны быть реализованы технические решения для снижения трения покоя в ходе статических измерений и сопротивление движению при определении осевых МИ. В работе предложен способ снижения сил трения в опорах на основе подшипников качения, существенно снижающий стоимость в сравнении со сферическими аэростатичес кими подшипниками. Способ заключается в принудительном угловом перемещении внешнего кольца опорного подшипника относительно внутреннего, что достигается применением конструкции опор с «развязанными» подшипниками (рисунок 3).
1 3 5 7 6 5 Рисунок 3 — Типовая конструкция опоры управляемого снижения трения: 1 — платформа стенда; 2 — неподвижное основание; 3 — подшипники опорные„. 4 — промежуточный вал; 5 — подшипники разгружающие; 6 — электродвигатель; 7 — гибкая муфта Движение подшипников в опорах приводит к возбуждению колебаний на датчике дисбаланса вблизи локального 1применительно к полному диапазону углов наклона) положения равновесия. Считая, что колебания вблизи текущего положения равновесия на датчике носят гармонический характер, можно выделить основную частоту осцилляции методом расчета автокорреляционной функции ВАКФ).
Массивы текущих значений дисбаланса и угла наклона вычислить путем осреднения показаний датчиков за цикл колебаний при известной опорной частоте. Математические ожидания и погрешность действительных значений получить в результате статистической обработки полученных массивов данных. 10 При измерении моментов инерции трение является источником методической погрешности вследствие затухания колебаний.
Поддержание амплитуды достигается управлением величиной и направлением момента от сил трения в зависимости от текущего углового положения платформы (рисунок 4). Истонлчеекая час ть А~торатвпя чаотль Оядякп!7|ар роеяоееояого яологяееяля Счет кчк «ервоооо Фильтр 4й) алт~втчды Обьект ш лытавий гитчпк 1'г:и Коз~~дтечы» щ" Испо:татаканьи 1яааяизл~ !ИЦ- регулятор Рисунок 4 — Структурная схема системы управления автоколебаниями 11 В основе математической модели следящей системы с обратной связью по угловому положению платформы стенда лежит дифференциальное уравнение вращательного движения платформы с изделием вблизи положения равновесия. Управление производится изменением передаточного отношения (л'.
.У,„,, й+(С и — М,,р, яви) =ЛУ„.„,,; Мхер М~~ ' ~~2+' ~ 4 'иж ~2 'и Мр~ (22) а„., =У а. Исследование проводилось при следующих значениях параметров: геометрические параметры стенда 0=0,5 м; 5'=0,35 м; масса платформы та=-600 кг; момент инерции платформы,Уо=350кг м; жесткость пружины С=б5000Н м; коэффициент сухого трения качения ц=! 10 м; коэффициент вязкого трения -4 качения В~=3 102 Н м с; В =.1 1О Н м.с. В результате анализа математической модели в среде Мат!.аЬ Япш!!п1; были выбраны оптимальные коэффициенты пропорционально-интегрально- дифференциального (ПИД) регулятора для измерительного процесса с различными объектами испытаний в диапазоне масс - от 50 кг до 1000 кг, собственных осевых МИ - ог 15,0 кг м до 300,0 кг м, амплитудами колебаний от 0,3' до 2,5 при условии обеспечения робастного управления.
Показано существование зависимости периода от амплитуды колебаний, что означает необходимость контроля амплитуды в ходе измерительного процесса. Доказана применимость модели свободных незатухающих колебаний при измерении МИ с применением предложенного способа компенсации диссипативных сил.
Экспериментальное подтверждение адекватности разработанных математических моделей было проведено на макетной установке определения инерционных характеристик. Полученные экспериментальные значения величин случайных погрешностей периодов колебаний находятся в пределах, не превышающих 40 мкс (рисунок 5) при заданной амплитуде колебаний, что соответствует требуемому уровню точности определения осевых МИ с заданной относительной погрешностью 0,1% при доверительной вероятности 0,95.
е(Т), мкс 1, У; мс — с( Т) ---Т 40 —— ~ 652,0 ! 651.5 35 ~ 651,0 ~ 650,5 ' 6500 зо~— э 201 —— 1 1 2 2 ад 15 ' ' 1 ' ~ 649,5 — е 1,8 2,1 2,4 2,7:,0 3,3 3,6 А рал.10-' Рисунок 5 — Эмпирические зависимости математического ожидания (Т, мс) и случайной погрешности периода (с(Т), мкс) от амплитуды колебаний (А, рад) Четвертая глава посвящена экспериментальной отработке методик измерений в ходе испытаний опытного образца автоматизированного стенда «АМИК» (Рисунок 6).
Для проведения измерений в автоматическом режиме создано программное обеспечение, функции которого разделены для блоков: ° Модуль обработки и отображения результатов выполняет функции хранения и систематизация измеренных данных; вычисление массы, КЦМ и осевых МИ; визуализацию измерений для оператора. е Модуль управления технологическим процессом измерений выполняет функции непосредственное управление исполнительными механизмами: приводами узла компенсации трения, подвижной стойки, поворота планшайбы, фиксации противовеса, фиксации колебательного узла и захвата датчика дисбаланса; осуществляет сбор данных с периферийных устройств: датчиков и преобразователей. Техническими средствами для воспроизведения условий испытаний являются контрольные приспособления (КП).
Проектные ПГМ КП приближены к номинальным характеристикам конкретного изделия для реализации дифференциального метода измерений для исключения систематической погрешности. Для опытного образца стенда «АМИК» разработана локальная поверочная схема, которая определяет порядок передачи единиц измерения данных ПГМ от первичных эталонов к стенду, что обосновывает возможность его применения в сфере государственного регулирования. Рисунок б - Об)ций вид опытного образца стенда «АМИК» Таблица 2. Результаты испытаний опытного образца стенда «АМИК» с применением конт!зольных приспособлений КП-1000, КП-50 + ! Действитель- ! Измеренное !, Допустимая Фактическая ' Наименование параметра ное значение ~ значение ' ног ешность цог егиность ' Контродыгое нриснособдение К11-1000 Масса, кг 891,! 61 891,140 ~:г 0,300 ! -ь 0,266 Коо дината цент а масс Х, мм ! 500,31 ! 500,33 ~ 1,00 а О,! 4 ч- 0,10 =- 0,07 Р ..Р.
Коо дината цент.а масс т', мм ! 0,00 ~ -0,02 г-. Коорз""ата цент!за масс 2. мм 0,00, -0,01 .ь 0,10 ! а 0„06 Моменз инерции ), кг м . 174,230 ! 174,193 0,174 з 0,158 Контрольное приспособление КП-50 50,0! 7 50,01!:г- 0.300 ! ~ 0,065 Координата цент а масс Х, мм 41,03 ' 41,12 ' + 1,00 :ь 0,43 Р Координата центра масс т', мм ! 0,00 ! -0„05 ~ = 0,10 =-' 0,06 Координата центра масс У., мм -0„05 1 -0.07 О,! 0 з 0,07 13 Проверка основных характеристик точности опытного образца стенда «АМИК» была проведена в ходе его первичной аттестации.
На стенде были проведены серии измерений массы, положения ЦМ и осевого МИ для двух контрольных приспособлении* с номинальными массами, находящимися на границах диапазона: КП1000 и КП50 (Таблица 2). Полученные результаты испытаний подтверждают высокие показатели точности стенда (~0,1 мм для вертикальной КЦМ, ~ 0,01 для горизонтальных КЦМ, ~0,3 кг для массы, ~0,1',4 для осевых моментов инерции). Опытный образец стенда «АМИК» успешно выдержал мероприятия первичной аттестации„по результатам которой был признан годным для применения в сфере государственного регулирования 1аттестат №1/2015 от 17.06.2015). ОСНОВНЫК РКЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ 1. Проведен сравнительный анализ методов и существующего оборудования контроля параметров геометрии масс, на основе которого была обоснована принципиальная схема комбинированного автоматизированного высокоточного стенда для измерений массы и положения центра масс методом статического уравновешивания в неустойчивом положении, и компонентов тензора инерции методом обращенного физического маятника с упругой связью.
Комбинирование измерительных возможностей и комплексная автоматизация испытаний повышают эффективность испытательного оборудования за счет сокращения рабочего цикла и снижения эксплуатационных затрат. Разработаны методики измерений массы, положения ЦМ и компонентов ТИ на комбинированном стенде, включающие оценку доверительных границ результатов измерений.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
