加速度計作為測量振動和沖擊的慣性傳感器,其動態(tài)特性直接影響著動態(tài)測量的精度,加速度計動態(tài)模型參數(shù)辯識是建立其動態(tài)模型的重要研究內容。加速度計在其線性動態(tài)范圍內,通常等效為單自由度質量-彈簧-阻尼系統(tǒng),其動態(tài)模型為二階線性系統(tǒng),模型參數(shù)為對應二階線性系統(tǒng)參數(shù),即阻尼比、固有頻率和加速度與輸出參量的轉換系數(shù)。在噪聲和加速度計存在的非線性影響可以忽略時,以二階線性模型為基礎,利用參數(shù)辨識方法,例如:遺傳算法、神經(jīng)網(wǎng)絡算法或最小二乘算法等,所辨識的加速度計動態(tài)模型參數(shù)具有一定精度,然而,在加速度計的高精度應用場合,由于受噪聲和加速度計的非線性特性影響,導致加速度計二階線性動態(tài)模型參數(shù)辯識方法產生較大的參數(shù)估計誤差,因此,研究減小噪聲和非線性影響的加速度計動態(tài)模型參數(shù)辯識方法,提高加速度計動態(tài)模型參數(shù)辯識的精度具有重要的理論意義和應用價值。本文在加速度計二階線性動態(tài)模型的基礎上,為了準確地表征加速度計存在的非線性,通過引入非線性項,構建了包含線性部分和非線性特性的加速度計混合動態(tài)模型,描述其動態(tài)特性;針對頻譜泄漏和測量噪聲對加速度計頻率響應函數(shù)估計的影響,研究了加速度計混合動態(tài)模型頻率響應函數(shù)估計方法,提出了基于全相位快速傅里葉變換的譜估計方法,有效地解決了頻譜泄漏和測量噪聲對加速度計頻率響應函數(shù)估計的影響;結合沖擊激勵信號的帶寬,提出了一種基于頻域加權最小二乘(weighted least square,WLS)和支持向量機(support vector machine,SVM)的加速度計混合動態(tài)模型參數(shù)辯識方法,在頻域采用WLS辨識線性部分參數(shù),利用SVM估計其非線性,實現(xiàn)了加速度計混合動態(tài)模型的參數(shù)辯識;并基于虛擬儀器技術,開發(fā)了加速度計動態(tài)模型參數(shù)辯識系統(tǒng),實現(xiàn)了模型參數(shù)的在線辯識。實驗研究表明,所提出的全相位FFT譜估計方法能夠減小頻譜泄漏和測量噪聲對加速度計頻率響應函數(shù)估計的影響;所提出的基于WLS和SVM的加速度計混合動態(tài)模型參數(shù)辯識方法,能夠減小加速度計非線性對模型參數(shù)辨識的影響,有效地提高了加速度計混合動態(tài)模型參數(shù)辨識精度;所開發(fā)的基于虛擬儀器技術的加速度計動態(tài)模型參數(shù)辯識系統(tǒng),實現(xiàn)了加速度計動態(tài)模型參數(shù)的在線辨識。
【學位單位】：北京化工大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2017
【中圖分類】：TH824.4
【部分圖文】：

振動校準系統(tǒng)［２６］主要是由油膜軸承低頻振動臺、零差正交干涉儀、光電接收器、信號??發(fā)生器、放大器、ＰＸＩ數(shù)據(jù)采集卡以及軟件系統(tǒng)等部分組成，軟件系統(tǒng)信號處理部分??采用正弦逼近法解算，實現(xiàn)加速度計低頻正弦振動激勵校準，結構示意圖如圖１－２。??中高頻振動校準系統(tǒng)與低頻振動校準系統(tǒng)構成不同部分主要在于空氣軸承電磁臺??以及外差激光干涉儀，同時為了能夠提高系統(tǒng)測量效率，采用微珠反射紙取代反射平??面鏡能夠實現(xiàn)傳感器一次安裝多次測量

振動校準系統(tǒng)［２６］主要是由油膜軸承低頻振動臺、零差正交干涉儀、光電接收器、信號??發(fā)生器、放大器、ＰＸＩ數(shù)據(jù)采集卡以及軟件系統(tǒng)等部分組成，軟件系統(tǒng)信號處理部分??采用正弦逼近法解算，實現(xiàn)加速度計低頻正弦振動激勵校準，結構示意圖如圖１－２。??中高頻振動校準系統(tǒng)與低頻振動校準系統(tǒng)構成不同部分主要在于空氣軸承電磁臺??以及外差激光干涉儀，同時為了能夠提高系統(tǒng)測量效率，采用微珠反射紙取代反射平??面鏡能夠實現(xiàn)傳感器一次安裝多次測量

２．２．１加速度計二階線性模型??加速度計可以等效為一個單自由度的有阻尼系統(tǒng)，由質量塊、阻尼器和彈簧構成，??如圖２－１所示。??質量塊?Ｔ??—－ｒ－Ｊ—?ｍ??Ｊ?阻尼器??＾—??慣性坐標系??圖２－１單自由度的有阻尼系統(tǒng)??Ｆｉｇ．２－１?Ｔｈｅ?ｏｎｅ?ｄｅｇｒｅｅ?ｏｆ?ｆｒｅｅｄｏｍ?ｄａｍｐｅｒ?ｓｙｓｔｅｍ??質量塊與彈簧和阻尼器相連并固定在加速度計底座上，當加速度計隨運動體發(fā)生??位移時，質量塊相對于加速度計底座移動，對質量塊受力分析后可得運動方程為??ｃ（Ｓ（ｔ）－Ｒ（ｔ））?＋?ｋ（Ｓ（ｔ）－Ｒ（ｔ））?＝?ｍＲ（ｔ）?（２－１）??式中，ｍ為質量塊的等效質量；Ａ為等效彈簧剛度；ｃ為等效阻尼系數(shù)；為質量塊??９??
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本文編號：2877289