Концепция проектирования класса прецизионных поворотных стендов с инерциальными чувствительными элементами в цепи обратной связи

   В статье рассмотрена концепция проектирования прецизионных стендов для контроля гироскопических приборов с цифровой системой управления и инерциальными чувствительными элементами в качестве современных мехатронных систем управления. На основании этих систем можно формировать поверочные схемы государственных первичных эталонов угловых скоростей, откуда как частные случаи могут вырабатываться схемотехнические решения иерархически подчиненных им эталонов, в которых также содержатся инерциальные чувствительные элементы и цифровые системы управления. К последним можно отнести схемотехнические решения, как ранее предложенные авторами, так и новые, разработанные на основе предлагаемых принципов их построения.

1. Измайлов Е.А. Современные тенденции развития технологий инерциальных чувствительных элементов и систем летательных аппаратов // Труды ФГУП «НПЦАП». 2010. № 1. С. 27–35.

2. Калихман Д.М., Депутатова Е.А. и др. Перспективы развития БИНС на современных типах гироскопов и акселерометров в ракетно-космической технике // Сборник трудов VII Международной научной конференции «Проблемы управления, обработки и передачи информации» (УОПИ-2018). Саратов: СГТУ, 2019. С. 29–53.

3. Ривкин Б.С. Аналитический обзор состояния исследований и разработок в области навигации за рубежом. Вып. 1–4. СПб.: АО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор», 2017–2019.

4. Лукьянов Д.П., Филатов Ю.В. и др. 50 лет лазерному гироскопу // Фотоника. 2014. № 1. С. 42–61.

5. Патюрэль И., Онтас И. и др. Бесплатформенная инерциальная навигационная система на основе ВОГ с уходом одна морская миля в месяц: мечта уже достижима? // Гироcкопия и навигация. 2013. № 3. С. 3–13.

6. Технические характеристики волоконно-оптического гироскопа FOG 24 фирмы Al Cielo inertial Solutions Ltd : [сайт]. URL: www.alcielo.com (дата обращения: 06. 12. 2021).

7. Технические характеристики волоконно-оптического гироскопа ОИУС 1001 фирмы «Оптолинк»: [сайт]. URL: www.optolink.ru/ru/products/single_axis_fog (дата обращения: 06. 12. 2021).

8. Жанруа А., Буве А., Ремиллье Ж. Волновой твердотельный гироскоп и его применение в морском приборостроении // Гироcкопия и навигация. 2013. № 4. С. 24–34.

9. Негри С., Лабарр Э. и др. Новое поколение инерциальных навигационных систем на основе ВТГ для аппаратов, обеспечивающих запуск спутников // Гироскопия и навигация. 2016. № 1. С. 49–59.

10. Технические характеристики волнового твердотельного гироскопа фирмы Safran : [сайт]. URL: https://ieeexplore.ieee.org/document/8577108 (дата обращения: 06. 12. 2021).

11. Delhaye, F., Girault, J.-Ph., HRG Technological Breakthrough for Advanced Space Launcher Inertial Reference System, Proceed. 25-^th St. Petersburg Int. Conf. on Integrated Navigation Systems, 2018, pp. 267–271.

12. Schmidt, G.T., INS/GPS Technology Trends, Advances in Navigation Sensors and Integration Technology, RTO Lecture, 2004, no. 232, p. 11.

13. Barbour, N.M., Inertial Navigation Sensors, Advances in Navigation Sensors and Integration Technology, RTO Lecture, 2004, no. 232, p. 17.

14. Майер Д., Ларсен М. Гироскоп на ядерном магнитном резонансе для инерциальной навигации // Гироcкопия и навигация. 2014. № 1. С. 3–13.

15. Пешехонов В.Г., Литманович Ю.А., Вершовский А.К. Гироскоп на основе явления ядерного магнитного резонанса: прошлое, настоящее, будущее // Материалы 7 Российской мультиконференции по проблемам управления. СПб.: ЦНИИ «Электроприбор»», 2014. С. 35–42.

16. Умарходжаев Р.М., Павлов Ю.В., Васильев А.Н. История разработки гироскопа на основе ядерного магнитного резонанса в России в 1960–2000-е годы // Гироскопия и навигация. 2018. № 1. С. 3–27.

17. Уокер Т.Дж., Ларсен М.С. ЯМР-гироскопы со спин-обменной накачкой // Гироскопия и навигация. 2018. № 1. С. 28–54.

18. Фара Т., Герлен К. и др. Транспортируемый гравиметр на холодных атомах разработки LNE–SYRTE: работа в подземных условиях в режиме наилучшей чувствительности // Гироcкопия и навигация. 2014. № 3. С. 3–15.

19. Решетников В.И., Доронин В.П. и др. Гироскопические чувствительные элементы для систем управления ориентацией и стабилизации орбитальных космических аппаратов // VIII Санкт-Петербургская Международная конференция по интегрированным навигационным системам. СПб.: ЦНИИ «Электроприбор», 2001. С. 17–30.

20. Решетников В.И., Волынцев А.А. и др. Опыт создания высокоточных поплавковых гироприборов, применяемых в системах угловой ориентации и стабилизации космических аппаратов и станций // X Санкт-Петербургская Международная конференция по интегрированным навигационным системам. СПб.: ЦНИИ «Электроприбор», 2003. С. 226–234.

21. Калихман Д.М. Основы проектирования управляемых оснований с инерциальными чувствительными элементами для контроля гироскопических приборов. Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 2001. 336 с.

22. Калихман Д.М. Прецизионные управляемые стенды для динамических испытаний гироскопических приборов / под общ ред. акад. В.Г. Пешехонова. СПб.: ГНЦ РФ ЦНИИ «Электроприбор», 2008. 296 с.

23. Грязин Д.Г., Скалон А.И., Ковалев А.С., Лычев Д.И., Методика оценки метрологических характеристик одноосного стенда переменных угловых скоростей // Гироскопия и навигация. 2010. №1 (68). С. 81–90.

24. Dranitsyna, E.V., IMU Calibration Using SINS Navigation Solution: Selection of the Rate Table Motion Scenario, 24^th Saint Petersburg International Conference on Integrated Navigation Systems, 2017, pp. 79–95.

25. Path, U., Hundhausen, R., et all. Experimental Digital Squid with Integrated Feedback Circuit, IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 1997, vol. 7, no. 2, part 3, pp. 2747–2751.

26. Banerjee, T., Sarkar, B.C., Conventional and Extended Time-Delayed Feedback Controlled Zero-Crossing Digital Phase Locked Loop, International Journal of Bifurcation and Chaos in Applied Sciences and Engineering, 2012, vol 22, no. 12, pp. 12–30.

27. Havlicsek, H.S., Zana, L., Improving real-time communication between host and motion system in a HWIL simulation, SPIE Defense and Security Symposium, Acutronic, USA, Pittsburgh, 2004.

28. Tschirky, M., Kaegi, M., Zana, L., Inertial MEMS Testing New Challenges in Motion Simulation, Symposium Gyro Technology, 2009, Karlsruhe, Germany, 2009.

29. Калихман Д.М., Скоробогатов В.В. и др. Кварцевый маятниковый акселерометр с цифровой обратной связью как система автоматического управления: результаты синтеза регуляторов и программно-математического обеспечения. Перспективы дальнейшего развития // Труды МИЭА. Навигация и управление летательными аппаратами. 2019. Вып. 26. С. 2–37.

30. Калихман Д.М., Депутатова Е.А. и др. Маятниковый акселерометр с цифровым управлением и новыми функциональными возможностями // Известия РАН. Теория и системы управления. 2021. №2. С.73–95.

31. Калихман Д.М., Садомцев Ю.В. и др. Цифровая стабилизация движений прецизионных управляемых оснований с инерциальными чувствительными элементами. Часть 1. Применение поплавкового измерителя угловой скорости // Известия РАН. Теория и системы управления. 2011. № 1. С. 120–132.

32. Калихман Д.М., Садомцев Ю.В. и др. Цифровая стабилизация движений прецизионных управляемых оснований с инерциальными чувствительными элементами. Часть 2. Применение поплавкового измерителя угловой скорости и маятниковых акселерометров // Известия РАН. Теория и системы управления. 2011. №2. С. 131–146.

33. Калихман Д.М., Садомцев Ю.В. и др. Прецизионные поворотные стенды нового поколения с инерциальными чувствительными элементами и цифровым управлением // Известия РАН. Теория и системы управления. 2014. № 2. С. 130–146.

34. Калихман Д.М., Калихман Л.Я. и др. Опыт проектирования и изготовления блоков измерителей линейного ускорения на кварцевых маятниковых акселерометрах с аналоговой и цифровой системами управления. Саратов: СГТУ им. Ю.А. Гагарина, 2021. 240 с.

35. Калихман Д.М., Депутатова Е.А. и др. Пути расширения диапазона измерения и повышения точностных характеристик поворотных стендов с инерциальными чувствительными элементами для контроля гироскопических приборов // 25 Санкт-Петербургская Международная конференция по интегрированным навигационным системам. СПб.: АО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор», 2018. С. 334–339.

36. Калихман Д.М., Депутатова Е.А. и др. Разработка цифровых регуляторов для систем управления гироскопическими приборами и метрологическими установками на их основе с применением современных методов синтеза с целью улучшения точностных и динамических характеристик // 26 Санкт-Петербургская Международная конференция по интегрированным навигационным системам. СПб.: АО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор», 2019. С. 274–278.

37. Калихман Д.М., Депутатова Е.А. и др. Применение метода максимального правдоподобия при комплексировании информации с первичных измерителей в прецизионном поворотном стенде с инерциальными чувствительными элементами и цифровой системой управления для улучшения его точностных характеристик // Материалы XXVII Санкт-Петербургской Международной конференции по интегрированным навигационным системам. СПб.: АО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор», 2020. С. 221–225.

38. Калихман Д.М., Янковский А.А. и др. Принципы построения стендов с инерциальными чувствительными элементами для высокоточного измерения угловых скоростей // Сборник аннотаций докладов Международной научно-практической конференции «175 лет ВНИИМ им. Д.И. Менделеева и Национальной системе обеспечения единства измерений». СПб.: Издательско-полиграфическая ассоциация высших учебных заведений, 2017. С. 145–149.

39. ГОСТ Р 8.885–2015. Государственная система обеспечения единства измерений. Эталоны. Основные положения.

40. Технические характеристики поворотных столов фирмы Acutronic : [сайт]. URL: www.acutronic.com (дата обращения: 13. 09. 2022).

41. Технические характеристики поворотных столов фирмы Ideal-Aerosmith: [сайт].URL: www.ideal-aerosmith.com (дата обращения: 13. 09. 2022).

42. Технические характеристики угловых энкодеров фирмы Renishaw : [сайт]. URL: www.renishaw.ru/ru/enclosed-optical-encoders--425273 (дата обращения: 06. 12. 2021).

43. Степанов О.А. Применение теории нелинейной фильтрации в задачах обработки навигационной информации. СПб.: ГНЦ РФ ЦНИИ «Электроприбор», 2003. 370 с.

44. Патент 2494345 РФ. Заявка № 2012101374, приоритет от 16. 01. 2012. Универсальный широкодиапазонный стенд для контроля измерителей угловой скорости / Калихман Д.М. [и др.] Зарегистрирован в Государственном реестре изобретений РФ 27. 09. 2013. Б.И. 2013.

45. Патент 2403538 РФ. Приоритет от 22. 05. 2009. Универсальный стенд для контроля прецизионных гироскопических измерителей угловой скорости / Калихман Д.М. [и др.] Зарегистрирован в Государственном реестре патентов Российской Федерации 10 ноября 2010 г. Б.И. № 31, 2010.

46. Бесекерский В.А., Попов Е.П. Теория систем автоматического регулирования. М.: Наука, 1975. 767 с.

47. Куропаткин П.В. Теория автоматического управления. М.: Высшая школа, 1973. 528 с.

48. Калихман Д.М., Нахов С.Ф. Одноосный широкодиапазонный вращающийся стенд с инерциальными чувствительными элементами // Гироскопия и навигация. 2001. № 2. С. 79–89.

49. Бесекерский В.А., Небылов А.В. Робастные системы автоматического управления. М.: Наука, 1983. 240 с.

50. Изерман Р. Цифровые системы управления. М.: Мир, 1984. 541 с.

51. Куо Б. Теория и проектирование цифровых систем управления / пер. с англ. М.: Машиностроение, 1986. 446 с.

52. Садомцев Ю.В. Конструирование систем управления с обратной связью по критериям точности и грубости. Саратов: СГТУ, 2003. 297 с.

53. Теория автоматического управления / Под ред. В.Б. Яковлева. М.: Высш. шк., 2003.

54. Федоров С.М., Литвинов А.П. Автоматические системы с цифровыми управляющими машинами. М.–Л.: Энергия, 1965. 320 с.

55. Делекторский Б.А. Проектирование гироскопических электродвигателей. М.: Машиностроение, 1968. 252 с.

56. Дубенский А.А. Бесконтактные двигатели постоянного тока. М.: Энергия, 1967. 144 c.

57. Двигатель постоянного тока : [сайт]. URL: www.electroprivod.com (дата обращения: 06. 12. 2021).

58. Двигатель постоянного тока : [сайт]. URL: www.siemens.com (дата обращения: 06. 12. 2021).

59. Двигатель постоянного тока : [сайт]. URL: www.ielectro.ru (дата обращения: 06. 12. 2021).

60. Двигатель постоянного тока: [сайт]. URL: www.dynamo.ru (дата обращения: 06. 12. 2021).

61. Депутатова Е.А. Способ повышения стабильности задаваемой угловой скорости в прецизионных стендах с инерциальными чувствительными элементами // Труды ФГУП «НПЦАП». Системы и приборы управления. 2010. № 3 (13). С. 23–31.

62. Технические характеристики государственного первичного эталона ГЭТ 108–2019.