[發明專利]一種基于加速度頻響函數的復雜構件慣性參數獲取方法

有效

• 申請號: 202011380948.6
• 申請日: 2020-11-30
• 公開（公告）號: CN112611511B
• 公開（公告）日: 2022-03-29
• 發明（設計）人: 孫永厚;杜中剛;劉夫云;鄧聚才;葉明松;黃騫;祝家好;陳浩東;湯金帥;蔡珍珍;張旭;王越;徐云展;馬雪峰;彭雪梅
• 申請（專利權）人: 桂林電子科技大學;東風柳州汽車有限公司
• 主分類號: G01M1/10
• 分類號: G01M1/10
• 代理公司: 桂林市華杰專利商標事務所有限責任公司 45112
• 代理人: 童世鋒

本發明公開了一種基于加速度頻響函數的復雜構件慣性參數獲取方法，先通過傳感器規格參數確定的質量、質心位置，在待測剛體上建立參考坐標系、質心坐標系，傳感器布置于待測剛體參考點和據測試裝置幾何參數確定的響應點，確定坐標轉換矩陣，通過基點法確定激勵力下整個剛體角加速度，采用基點迭代法確定其余各個傳感器質心坐標，進而確定相對于響應點的參考點加速度和相對于參考點的質心加速度；然后用力的平移和質心定理確定質心坐標及整體剛體質量，考慮傳感器附加質量，計算待測剛體質量；最后采用力沿作用線平移、動量矩理、定軸轉動慣量和轉動慣量平移定理確定整個剛體繞質心軸線的轉動慣量，考慮傳感器附加轉動慣量，計算待測剛體轉動慣量。

技術領域

本發明涉及復雜構件剛體慣性參數識別技術領域，具體是一種基于加速度頻響函數的復雜構件慣性參數獲取方法。

背景技術

高效、便捷、精確的獲取汽車、航空和航天等復雜構件剛體慣性參數一直是機械制造領域研究的熱點與難點。復雜構件慣性參數包括質量、質心、轉動慣量、慣性積，目前復雜構件慣性參數識別方法主要有落體測試法、扭擺測試法、基于CAD/CAE模型數值計算法和試驗模態參數識別法；落體測試法只適用于軸對稱剛體，需待測物的運動，受空氣阻力影響大，識別精度低；扭擺測試法測試不同姿態，操作繁瑣、耗時，對大型部件測試困難，但識別精度可靠；基于CAD/CAE模型數值計算法對復雜零部件難以求解，且耗時、精度差；試驗模態參數識別法包括模態模型法，直接參數識別法，質量線法；模態模型法需要多次激勵才能獲得待測剛體六階模態；直接參數識別法需要大量的響應點和激勵點，且受噪聲影響大；質量線法忽略系統阻尼、剛度影響，假設系統為單自由運動，通過激勵與響應函數便可計算慣性參數，極大了簡化實驗操作、成本與計算，但該方法需要三維坐標儀多次測量足夠的激勵點、響應點坐標，導致實驗繁瑣、條件提升，成本增高，實驗計算誤差累積，同時傳統方法一般直接忽略傳感器附加質量和轉動慣量影響，造成計算精度不高。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，而提供一種基于加速度頻響函數的復雜構件慣性參數獲取方法，該方法能夠滿足在不借助三維坐標測試儀多次測點的條件下，充分利用三軸傳感器的質量、質心等規格參數和加速度響應，一次布置傳感器測點，進行數據采集處理，就能完成復雜構件慣性參數的全部識別。

實現本發明目的的技術方案是：

一種基于加速度頻響函數的復雜構件慣性參數獲取方法，包括如下步驟：

1)將待測質量為m₀的剛體置于剛度很小的彈性支撐上或用剛度很小的柔性繩懸吊，在待測剛體表面布置質量為m_s的三軸加速度傳感器，將傳感器和待測剛體視為整體，當整個剛體受力錘激勵Fⁱ作用時，整個剛體做近似的無約束運動，同時傳感器測得整個剛體布置點的瞬時加速度響應為

2)以待測剛體上某點建立參考坐標系OXYZ，同時建立相對于參考坐標原點的質心坐標系CXYZ，待測剛體上任意點坐標相對于參考坐標原點O的坐標為

將三軸傳感器1置于參考坐標原點即響應點1，相對自身參考坐標系的質心坐標為響應為質量為m_s；

將三軸傳感器2置于整個剛體已知坐標的響應點相對自身參考坐標系的質心坐標為加速度響應為質量為m_s；

3)測得置于坐標原點上三軸傳感器1的加速度為剛體上響應點2上的三軸傳感器加速度為由基點法確定剛體上任意響應點上的瞬時加速度為：

為激勵力Fⁱ下角加速度(α^kβ^kγ^k)，r為剛體上任意響應點坐標到基點坐標的距離，

矩陣形式為：