تعويض درجة الحرارة

استكشف تأثير تغير درجة الحرارة على الجيروسكوبات الليفية البصرية، وطرق التعويض الفعالة، والنتائج التجريبية. تعرّف على كيفية تحسين نماذج كثيرات الحدود من الدرجة الثالثة للدقة بنسبة 75%.تُستخدم الجيروسكوبات الليفية البصرية (FOGs)، كنوع جديد من أجهزة قياس معدل الدوران الزاوي عالية الدقة، على نطاق واسع في التطبيقات العسكرية والتجارية والمدنية نظرًا لصغر حجمها وموثوقيتها العالية وعمرها الطويل، مما يُشير إلى آفاق تطوير واسعة. مع ذلك، عند تقلب درجات حرارة التشغيل، تُظهر إشاراتها الخارجة انحرافًا، مما يؤثر بشكل كبير على دقة القياس ويحد من نطاق استخدامها. لذا، أصبحت دراسة أنماط الانحراف في الجيروسكوبات الليفية البصرية وتطبيق تعويض الأخطاء تحديًا بالغ الأهمية لتعزيز قدرتها على التكيف مع بيئات درجات الحرارة المتغيرة.آليات تأثير درجة الحرارة على الجيروسكوبات الليفية البصريةالجيروسكوبات الضوئية (FOGs) هي جيروسكوبات بصرية تعتمد على تأثير ساغناك، وتتكون من مصدر ضوئي، وكاشف ضوئي، ومقسم شعاع، وملف ليفي. تؤثر درجة الحرارة على دقة الجيروسكوب من خلال التأثير على أداء المكونات الداخلية.ملف الألياف: باعتباره المكون الأساسي، يُولّد ملف الألياف تأثير ساغناك عند دورانه بالنسبة للفضاء العطالي. وتؤدي الاضطرابات الحرارية إلى تعطيل التبادلية الهيكلية لجهاز قياس الدوران بالألياف، مما ينتج عنه أخطاء في فرق الطور.الكاشف الضوئي: تُحدث تغيرات درجة الحرارة المحيطة تشويشًا كبيرًا في الكاشف، وتُنتج تيارًا مظلمًا يعتمد على درجة الحرارة. كما تتأثر مقاومة الكاشف بدرجة الحرارة.مصدر الضوء: يرتبط أداء مصدر الضوء من حيث درجة الحرارة ارتباطًا وثيقًا بدقة إزاحة طور ساغناك. كما تؤثر التغيرات في القدرة الخارجة، ومتوسط ​​الطول الموجي، وعرض الطيف عند درجات حرارة مختلفة على إشارة خرج الجيروسكوب.الطرق الحالية لتعويض انحراف درجة الحرارةتوجد حاليًا ثلاث طرق رئيسية للتخفيف من انحراف درجة الحرارة:أجهزة التحكم بدرجة الحرارة المادية: يمكن إضافة أنظمة تحكم محلية بدرجة الحرارة إلى أجهزة قياس التذبذبات الليفية (FOGs) لتعويض أخطاء درجة الحرارة في الوقت الفعلي. ومع ذلك، فإن هذا يزيد من الحجم والوزن، مما يتعارض مع التوجه نحو التصغير.تعديلات البنية الميكانيكية: تضمن تقنيات مثل طريقة لف الألياف الرباعية تأثيرات حرارية متناظرة على ملف الألياف، مما يقلل من التداخل غير التبادلي. ومع ذلك، لا يزال الانحراف المتبقي يؤثر على كشف معدل الدوران الزاوي.نمذجة التعويض بالبرمجيات: إن إنشاء نماذج درجة الحرارة للتعويض يوفر المساحة ويقلل التكاليف، مما يجعلها الطريقة السائدة في الممارسة الهندسية.تجارب درجة الحرارة وتحليل النمذجةالتصميم التجريبيأُجريت الاختبارات في ثلاثة نطاقات لدرجات الحرارة:من 0 درجة مئوية إلى 20 درجة مئويةمن -40 درجة مئوية إلى -20 درجة مئويةمن 40 درجة مئوية إلى 60 درجة مئويةتم ضبط درجة الحرارة الابتدائية للحجرة الحرارية، والحفاظ عليها لمدة 4 ساعات، ثم تعديلها بمعدل 5 درجات مئوية في الساعة. وسُجلت بيانات خرج الجيروسكوب. يوضح الشكل 1 نظام الاختبار، مع فاصل زمني لأخذ العينات يبلغ ثانية واحدة، وبيانات مُنعّمة على مدى 100 ثانية.النتائج الرئيسيةكشف تحليل منحنيات الإنتاج ما يلي:أظهر خرج الجيروسكوب تذبذبات كبيرة مع تغيرات درجة الحرارة.وقد اتبع منحنى الناتج نفس الاتجاهات التصاعدية أو التنازلية لمنحنى معدل درجة الحرارة.كان انحراف درجة الحرارة مرتبطًا ارتباطًا وثيقًا بدرجة الحرارة الداخلية ومعدل تغيرها.نموذج التعويضتم تطوير نموذج تعويض متعدد الحدود من الدرجة الثالثة، يتضمن العوامل التالية:نموذج عامل درجة الحرارة:Lout=L0+∑i=13ai(T−T0)i+∑j=13bjTjLout​=L0​+i=1∑3​ai​(T−T0​)i+j=1∑3​bj​Tj​بعد التعويض، وصل استقرار الانحياز إلى 0.0200 درجة/ساعة.نموذج معدل درجة الحرارة:أدى إدخال مصطلح معدل درجة الحرارة إلى تحسين استقرار الانحياز إلى 0.0163 درجة مئوية/ساعة.نموذج شامل:من خلال مراعاة كل من درجة الحرارة ومعدل تغيرها، تحسن استقرار الانحياز بشكل كبير إلى 0.0055 درجة مئوية/ساعة، محققًا انخفاضًا بنسبة 77% في الخطأ.نتائج التعويضات المجزأةتم تطبيق معايير مختلفة للتعويض عبر نطاقات درجات الحرارة، وكانت النتائج كما يلي:محور الجيروسكوبنطاق درجة الحرارةخطأ ما قبل التعويض (°/ساعة)خطأ ما بعد التعويض (°/س)نسبة تقليل الخطأالمحور السينيمن 0 درجة مئوية إلى 20 درجة مئوية0.025040.0051879% من -40 درجة مئوية إلى -20 درجة مئوية0.024040.0055077% من 40 درجة مئوية إلى 60 درجة مئوية0.023290.0060374%المحور الصاديمن 0 درجة مئوية إلى 20 درجة مئوية0.023070.0059174% من -40 درجة مئوية إلى -20 درجة مئوية0.025350.0060276% من 40 درجة مئوية إلى 60 درجة مئوية0.029470.0056280%المحور Zمن 0 درجة مئوية إلى 20 درجة مئوية0.018770.0049574% من -40 درجة مئوية إلى -20 درجة مئوية0.020250.0064973% من 40 درجة مئوية إلى 60 درجة مئوية0.014130.0060058%بعد إجراء التعويض، انخفضت سعة تذبذب منحنيات الخرج بشكل ملحوظ، وأصبحت أكثر استقرارًا. وبلغ متوسط ​​انخفاض الخطأ عبر نطاقات درجات الحرارة الثلاثة حوالي 75%.الخلاصة والتوقعاتأثبت نموذج تعويض درجة الحرارة المقترح من الدرجة الثالثة، والذي يأخذ في الحسبان درجة الحرارة الحالية، وانحراف درجة الحرارة الأولي، ومعدل تغير درجة الحرارة، فعاليته في تحسين إشارات خرج الجيروسكوب وتعزيز دقته بشكل ملحوظ. ويمكن تطبيق هذه الطريقة على نماذج جيروسكوبات الألياف البصرية (FOG) من شركة Micro-Magic، مثل U-F3X80 وU-F3X90 وU-F3X100 وU-F100A وU-F300.مع ذلك، لا تزال الأبحاث الحالية تعاني من بعض القيود، مثل عدم انتظام بيانات درجات الحرارة وعدم كفاية تغطية العينات. ينبغي أن تركز الأبحاث المستقبلية على تطوير أساليب تعويض انحراف درجات الحرارة عبر نطاقها الكامل. أما بالنسبة للتطبيقات الهندسية، فإن نمذجة التعويض باستخدام البرمجيات تُظهر إمكانات كبيرة كحل فعال من حيث التكلفة لتحقيق التوازن بين الدقة والجدوى العملية. U-F3X90مهما كانت احتياجاتك، فإن مايكرو ماجيك بجانبك.U-F3X100مهما كانت احتياجاتك، فإن مايكرو ماجيك بجانبك.U-F100Aمهما كانت احتياجاتك، فإن مايكرو ماجيك بجانبك.--

استكشف معايرة عالية الدقة لوحدة قياس القصور الذاتي FOG IMU (وحدة قياس القصور الذاتي بالجيروسكوب الليفي البصري) عبر نطاقات درجات الحرارة الكاملة. تعرّف على تقنيات نمذجة الأخطاء الرئيسية، ومعايرة المعدل ثنائي الاتجاه ثلاثي الأبعاد/المعايرة أحادية الموضع، وتعويض الاستيفاء الخطي القطعي (PLI) لتحسين دقة الملاحة في الطائرات بدون طيار والمركبات ذاتية القيادة والروبوتات.كيف يمكن لـ FOG IMU (وحدة قياس القصور الذاتي مرتكز على جيروسكوب الألياف البصريةكيف يمكن الحفاظ على دقة عالية في بيئات درجات الحرارة المعقدة؟ تحلل هذه المقالة بشكل شامل أساليب نمذجة الأخطاء وتعويضها.1. مقدمة عن وحدة قياس القصور الذاتي FOG: "عقل" نظام الملاحة الجويةفي الطائرات الحديثة، وخاصة في أنظمة الطائرات المسيّرة ذات المراوح الصغيرة، يُعدّ مقياس القصور الذاتي القائم على الجيروسكوب الليفي البصري (FOG IMU) المكوّن الأساسي لنظام معلومات الملاحة وقياس الوضع. يتميّز الجيروسكوب الليفي البصري (FOG) القائم على تأثير ساغناك بمزايا مثل الدقة العالية، ومقاومة الصدمات القوية، والاستجابة السريعة، ولكنه يعاني من ضعف التكيف مع تغيرات درجة الحرارة. وهذا قد يؤدي بسهولة إلى أخطاء في القياس أثناء الطيران حيث تتغير البيئة الديناميكية بشكل كبير، مما يؤثر على أداء نظام الملاحة ككل.2. مصادر الخطأ: تحليل الانحرافات الشائعة في قياسات وحدة القياس بالقصور الذاتي FOGيمكن تصنيف أخطاء وحدة القياس بالقصور الذاتي FOG بشكل رئيسي إلى نوعين:(1) خطأ قناة السرعة الزاوية: يشمل ذلك خطأ التثبيت، وخطأ العامل النسبي، وخطأ الانحياز الصفري، وما إلى ذلك.(2) خطأ قناة التسارع: يحدث بشكل رئيسي بسبب خطأ التثبيت، وانحراف درجة الحرارة، والاضطراب الديناميكي.تتراكم هذه الأخطاء في البيئة الفعلية، مما يؤثر بشكل خطير على استقرار ودقة نظام التحكم في الطيران.3. قيود طرق المعايرة التقليديةعلى الرغم من أن طريقة المعايرة الثابتة متعددة الاتجاهات التقليدية وطريقة السرعة الزاوية يمكن أن تعالج جزئياً مشكلة الأخطاء، إلا أنها تعاني من أوجه قصور واضحة في الجوانب التالية:(1) عدم القدرة على تحقيق التوازن بين الدقة والكفاءة الحسابية(2) لا ينطبق على تعويض نطاق درجة الحرارة الكامل(3) تؤثر الاضطرابات الديناميكية على استقرار المعايرةيتطلب ذلك نمذجة أكثر ذكاءً وكفاءة للأخطاء و آلية تعويض درجة الحرارة.4. شرح مفصل لطريقة معايرة السرعة الموجبة والسالبة ثلاثية الأبعاد/الوضع أحادي المحور في نطاق درجة الحرارة الكامل(1) معايرة دقيقة عند نقاط حرارية متعددةمن خلال تحديد نقاط درجة حرارة متعددة تتراوح من -10 درجة مئوية إلى 40 درجة مئوية وإجراء معايرة دوران ثلاثية المحاور عند كل نقطة، يمكن جمع معلمات الخطأ المتعلقة بدرجة الحرارة.(2) طريقة السرعة الموجبة والسالبة ثلاثية الأبعاد: محاكاة دقيقة لظروف الطيران الحقيقيةباستخدام قرص دوار أحادي المحور وأداة سداسية عالية الدقة، يمكن تحقيق معايرة السرعة الموجبة والسالبة في اتجاهات المحور X/Y/Z، مما يعزز قدرة النظام على التكيف مع البيئات الديناميكية.(3) تثبيت الوضعية أحادي المحور: التقاط سريع لإزاحة النظام الصفريةأثناء الحفاظ على حالة ثابتة، يتم تسجيل الإزاحات الأولية تحت درجات حرارة مختلفة لتوفير دعم دقيق للبيانات لنمذجة الأخطاء اللاحقة.5. قطعًا الاستيفاء الخطي (PLI): أداة دقيقة لتعويض الأخطاء مع حمل حسابي منخفضلتلبية متطلبات تعويض الخطأ لوحدة قياس القصور الذاتي FOG عبر نطاق درجة الحرارة بأكمله، تقترح هذه الورقة البحثية خوارزمية الاستيفاء الخطي القطعي (PLI)، والتي تتميز بالخصائص التالية:(1) انخفاض الحمل الحسابي: مناسب لأنظمة الملاحة المدمجة ذات الموارد المحدودة(2) قدرة تعويض قوية في الوقت الفعلي: يتم تعديل الخطأ ديناميكيًا مع تغيرات درجة الحرارة(3) سهولة النشر والتحديثبالمقارنة مع طريقة المربعات الصغرى عالية الرتبة، يضمن مخطط PLI دقة التعويض مع تقليل العبء الحسابي للنظام بشكل كبير، مما يجعله مناسبًا لسيناريوهات الحوسبة في الوقت الحقيقي أثناء الطيران.6. التحقق العملي: أداء متميز في بيئات طيران معقدةمن خلال التجارب الميدانية على متن الطائرة، عززت هذه الطريقة بشكل كبير دقة القياس والقدرة على التكيف البيئي للنظام في ظل درجات حرارة مختلفة واضطرابات ديناميكية، مما يوفر أساسًا متينًا للملاحة لمنصات الطيران اللاحقة عالية الأداء للطائرات الدوارة الصغيرة.7. الخلاصة: إن إتقان نمذجة الأخطاء وتعويضها في وحدة القياس بالقصور الذاتي FOG هو المفتاح لبناء منصة طيران عالية الموثوقية.مع تطور المركبات الجوية غير المأهولة وأنظمة الطيران الذكية، أصبحت متطلبات دقة أنظمة الملاحة أكثر صرامة. ومن خلال تطبيق أساليب معايرة السرعة الموجبة والسالبة ثلاثية المواضع وتعويض الاستيفاء الخطي المجزأ، يمكن تحسين قدرة وحدة القياس بالقصور الذاتي (IMU) المزودة بتقنية FOG على التكيف ودقتها بشكل ملحوظ في نطاق درجات الحرارة الكامل وفي البيئات الديناميكية القوية. ومن المتوقع أن تلعب هذه التقنية دورًا أكبر في المستقبل في مجالات القيادة الذاتية، وملاحة الروبوتات، وجمع الخرائط عالية الدقة، وغيرها.U-F3X80،U-F3X90, U-F3X100،ويو-إف300 يمكننا استخدام طريقة معايرة ثلاثية الاتجاهات (معدل موجب وسالب) ذات موضع واحد، مع تعويض PLI، وذلك ضمن نطاق درجة الحرارة الكامل. وبناءً على خصائص الخطأ في الجيروسكوب الليفي البصري ومقياس التسارع المرن الكوارتزي، تم إنشاء نموذج خطأ وحدة قياس القصور الذاتي للجيروسكوب الليفي البصري، وصُممت خطة معايرة ثلاثية البتات (معدل موجب وسالب) ذات موضع واحد عند كل نقطة درجة حرارة ثابتة. تُستخدم خوارزمية PLI لتعويض أخطاء درجة الحرارة المتعلقة بالانحياز الصفري ومعامل المقياس للنظام في الوقت الفعلي، مما يقلل من عبء المعايرة وحجم حسابات خوارزمية التعويض، ويُحسّن من ديناميكيات النظام، وقدرته على التكيف مع بيئة درجة الحرارة، ودقة القياس.U-F3X80وحدة قياس القصور الذاتي (IMU) ذات الجيروسكوب الليفي البصريU-F100Aوحدة قياس القصور الذاتي (IMU) متوسطة الدقة تعتمد على جيروسكوب الألياف البصريةU-F3X100وحدة قياس القصور الذاتي (IMU) ذات الجيروسكوب الليفي البصريU-F3X90وحدة قياس القصور الذاتي (IMU) ذات الجيروسكوب الليفي البصري