[發明專利]一種基于頻響函數質量線的慣性參數測量平臺及方法

在審

• 申請號: 202110089872.X
• 申請日: 2021-01-22
• 公開（公告）號: CN112857670A
• 公開（公告）日: 2021-05-28
• 發明（設計）人: 孫永厚;杜中剛;劉夫云;鄧聚才;葉明松;黃騫;周軍;陳鑫淼;江友志;湯金帥;蔡珍珍;張旭;王越;徐云展;彭雪梅;馬雪峰
• 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

1.一種基于頻響函數質量線的慣性參數測量平臺，其特征在于，包括支撐架、平衡平臺、三軸加速度傳感器、力錘、數據采集器和顯示器，平衡平臺通過柔性繩平水懸吊在支撐架內，待測結構件放置在平衡平臺上，若干個三軸加速度傳感器根據測量需求分別布置在待測結構件上，力錘用于向待測結構件施加激勵，三軸加速度傳感器和力錘分別通過數據線與數據采集器連接，數據采集器還與顯示器連接，用于顯示所采集到的數據。

2.根據權利要求1所述的一種基于頻響函數質量線的慣性參數測量平臺，其特征在于，所述的平衡平臺，包括一對平行間隔分布的平臺單架，平臺單架的兩端分別通過連桿連接，每個平臺單架上表面設有開口向上的長形凹槽，長形凹槽中部設有轉軸，且轉軸的兩端貫穿平臺擔架，轉軸通過軸承與平臺擔架連接，長形凹槽內的轉軸兩端分別設有齒輪，齒輪下部與通過棘輪軸固定在平臺單架上的兩個對稱設置的棘輪嚙合連接，轉軸中部固定設有V型支撐架，待測結構件架設在V型支撐架上，V型支撐架兩側分別與斜支架的一端連接，斜支架的另一端與設在長形凹槽內的滑塊一端連接，滑塊另一端與通過彈簧與平臺單架連接，棘輪下部分別通過拉線與凹槽內的兩個滑塊連接。

3.根據權利要求2所述的一種基于頻響函數質量線的慣性參數測量平臺，其特征在于，所述的轉軸，轉軸貫穿平臺單架外的兩端分別設有平衡指示針，平衡指示針與轉軸同步轉動，通過平衡指示針可以判定架設在V型支撐架上的待測結構件是否處于平衡狀態。

4.根據權利要求2所述的一種基于頻響函數質量線的慣性參數測量平臺，其特征在于，所述的拉線，通過活結螺栓與滑塊連接。

5.根據權利要求2所述的一種基于頻響函數質量線的慣性參數測量平臺，其特征在于，所述的棘輪，兩個棘輪之間還通過拉伸彈簧連接。

6.根據權利要求2所述的一種基于頻響函數質量線的慣性參數測量平臺，其特征在于，所述的平臺單架的兩端設有吊耳，柔性繩通過四個吊耳將平衡平臺水平懸吊在支撐架內。

7.根據權利要求2所述的一種基于頻響函數質量線的慣性參數測量平臺，其特征在于，所述的連桿通過緊固螺栓與平臺擔架連接，通過調整連桿與平衡單架的緊固位置，可以調整兩個平臺單架之間的距離，從而調整平衡平臺的寬度。

8.一種基于頻響函數質量線的慣性參數測量平臺的測量方法，其特征在于，包括如下步驟：

1)將待測結構件放置于平衡平臺上，通過調節V型支撐架，是整個測試平臺處于平衡狀態；

2)將2個三軸加速度傳感器置于P₁(L₁ W₁ H₁)、P₂(L₂ W₂ H₂)上，并設P₁為坐標參考點建立坐標系，以垂直平衡平臺所在平面的軸為z軸，以連桿方向為x軸，以垂直與xz平面的軸為y軸；再另將13個三軸加速度傳感器布置在待測結構件上，各個傳感器所在布置點位置形成的輪廓近似為待測結構件的主輪廓，并且任意三個傳感器的連線所圍成的面積盡可能最大，各個傳感器的各測量軸與所建立的坐標系三軸平行，且布置點禁止布在待測構件對稱軸或轉動節線處；

3)將各個加速度傳感器和力錘通過數據線與數據采集器連接，校準和調試數據采集器，設定采集時間為10s，并去除異常信號；用力錘對待測結構件施加激勵，每激勵一次結構件，進行一次數據采集，一共激勵7個位置，每個位置的三軸方向激勵三次；

4)根據數據采集器采集到的各加速度傳感器和力錘的信號，以及提取柔性繩固有頻率和待測結構件的固有頻率之間的加速度數值，取各激勵點三次激勵響應下的加速度平均值作為該點的加速度；

5)根據采集到的加速度和力錘施加的激勵力進行計算，得出待測結構件的慣性參數，具體如下：

5-1)當整個剛體受激勵力作用時，對應點可測得加速度P₁三向加速度為(a¹_x a¹_y a¹_z)、P₃三向加速度為(a³_x a³_y a³_z)，根據剛體在同一激勵力下各點加速度與原點加速度關系，確定如下公式(1)；

通過公式(1)中的三個方程，計算出激勵力F¹下的角加速度(α¹ β¹ γ¹)；

5-2)已知同一激勵力下角加速度和待測結構件上任一點P_j(L_j W_j H_j)三軸加速度傳感器數值(a^j_x a^j_y a^j_z)，根據公式(1)反求整個結構件剛體各個響應點響應加速度方向的坐標，如下公式(2)所示：

5-3)計算整個結構件剛體質心等效加速度，設整個剛體質心加速度為(a^c_x a^c_y a^c_z)，質心坐標為(L_c W_c H_c)，則：

5-4)結合剛體質心運動公式和公式(3)，計算整個剛體質量和質心，設整個剛體質量為M_c，則：

代入至少兩個激勵下的數據，即計算出M_c和質心(L_c W_c H_c)；

5-5)由力的平移等效定理、動量矩定理和定軸轉動剛體動量矩定理，求整個剛體轉動慣量參數，具體如下：

結合公式(5)和公式(6)，求解慣量參數需要至少3個激勵下的參數；根據步驟3)中的7次激勵，以及15個三軸加速度傳感器測點所得的數據，通過按照上式步驟，多組數據疊加，提高慣性參數精度；

5-6)最后計算出整個剛體質量、質心坐標和轉動慣量參數，除去已知測量平臺的質量、質心坐標和轉動慣量參數，即得出待測構件質量、質心坐標和轉動慣量參數。