[發明專利]一種基于最小二乘復指數法的應變式力矩儀帶寬擴展方法

有效

• 申請號: 202010161776.7
• 申請日: 2020-03-10
• 公開（公告）號: CN111504551B
• 公開（公告）日: 2022-05-20
• 發明（設計）人: 段發階;劉昌文;傅驍;謝琛
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01L25/00
• 分類號: G01L25/00
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 劉子文

本發明公開一種基于最小二乘復指數法的應變式力矩儀帶寬擴展方法，包括步驟一、使用最小二乘復指數法進行模態參數識別；步驟二、根據識別出的模態參數設計數字校正單元，包括梳狀濾波器和低通濾波器，并以此對力矩儀進行校正。該方法可根據最小二乘復指數法對力矩儀進行模態參數識別，再根據阻尼固有頻率、阻尼比等模態參數設計數字校正單元，對固有頻率點附近頻帶進行精確校正，保證通帶內幅頻響應趨于常值，從而擴展頻帶。

技術領域

本發明屬于儀器儀表技術領域，特別是一種基于最小二乘復指數法的應變式力矩儀帶寬擴展方法。

背景技術

應變式力矩儀測量原理為應變效應。當加載力矩時，應變片隨測量軸一起發生扭轉變形，其阻值相應改變；通過測量應變片的阻值可得到測量軸的扭轉角；根據扭轉角和測量軸的扭轉彈性模量，即可計算出被測扭矩。當選擇具有較小扭轉彈性模量的測量軸和應變片時，力矩儀具有較高的靈敏度，可用于微小力矩測量。

電機性能檢測一個重要環節是測量電機轉動時波動力矩的大小，波動力矩越大，電機轉動時越不穩定。在陀螺儀電機等高速電機中，即使力矩有較小波動，依然會對電機的性能產生較大影響；所以在高速電機波動力矩檢測中，常使用高靈敏度應變式力矩儀。

高靈敏度應變式力矩儀的測量軸需要使用扭轉彈性模量較小的材料，以此保證施加微小力矩時，測量軸有較大的扭轉角，應變片阻值有明顯變化。但是較小的扭轉彈性模量使測量軸的固有頻率較低，固有頻率附近頻帶的幅頻響應遠大于零頻時的幅頻響應，在測量力矩時，不僅在該頻段內波動力矩的測量不準確，而且會產生低頻振蕩，使力矩儀輸出信號中除了被測的波動力矩信號外還包含測量軸受外力矩激勵而引起的振蕩信號。

為了準確測量波動力矩需要使用低通濾波器濾除振蕩信號，低通濾波器設計原則是使振蕩信號衰減到不影響波動力矩的測量，同時限制系統帶寬，保證通帶平坦，即通帶內波動力矩測量結果滿足精度要求。傳統的方法是在設計濾波器前先對測量信號進行頻譜估計，得到振蕩信號的頻率，再根據經驗選擇截止頻率等濾波器參數。這種經驗估算方法選擇的截止頻率較小，雖然濾除振蕩信號，使通帶平坦，但是也大大減小了帶寬，降低了力矩儀的測量性能。

發明內容

本發明的目的是為了克服現有技術中的不足，提供一種基于最小二乘復指數法的應變式力矩儀帶寬擴展方法，可根據最小二乘復指數法對力矩儀進行模態參數識別，再根據阻尼固有頻率、阻尼比等模態參數設計數字校正單元，對固有頻率點附近頻帶進行精確校正，保證通帶內幅頻響應趨于常值，從而擴展頻帶。本發明還提供擴展應變式力矩儀帶寬的典型案例，對力矩儀進行模態參數識別，并根據識別結果設計校正單元，提供與傳統低通濾波器進行對比的結果，驗證本發明所提供方法的可行性、適用性、優越性。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

一種基于最小二乘復指數法的應變式力矩儀帶寬擴展方法，包括以下步驟

步驟一、使用最小二乘復指數法進行模態參數識別；

步驟二、根據識別出的模態參數設計數字校正單元，包括梳狀濾波器和低通濾波器，并以此對力矩儀進行校正。

進一步的，步驟一具體包括以下步驟：

(101)裝載測量系統，在測量系統進行測量前使用沖擊錘對力矩儀施加沖擊力矩，采集力矩儀輸出的力矩信號；

(102)選取采集信號中代表力矩儀自由響應的數據段h_n(n＝0,1,2…)；

(103)將h_n分成m+1個時序樣本，每個樣本分別有2n個采樣數據(m+12n)，即

h_l＝[h_l h_l+1 … h_l+2n-1]^T(l＝0,1,,m) (1)