【摘要】：在科學試驗和工業(yè)生產(chǎn)中,多維力傳感器得到了廣泛的應用。但隨著技術(shù)的發(fā)展,應用中需要對多維力進行動態(tài)測試的場合越來越多,這就對多維力傳感器的動態(tài)特性提出了很高的要求。然而,目前最常用的應變式多維力傳感器的動態(tài)響應速度慢、超調(diào)量大,且存在維間動態(tài)耦合,無法滿足動態(tài)測試的要求。對此,本文主要分析了應變式多維力傳感器的動態(tài)特性,并就現(xiàn)有動態(tài)校正方法在應用中存在的問題進行了研究,對動態(tài)補償、動態(tài)解耦和動態(tài)標定方法進行了改進。在動態(tài)補償方面,本文提出了一種新的基于系統(tǒng)辨識和誤差超限模態(tài)校正的方法,以解決現(xiàn)有方法有時不能同時提高時域跟隨性能和拓寬頻域測量帶寬的問題。該方法將動態(tài)補償過程分為一次補償和二次補償。首先,通過系統(tǒng)辨識方法得到一次補償器,在全頻帶內(nèi)對傳感器進行一次補償;然后,構(gòu)造一個具有統(tǒng)一結(jié)構(gòu)二次補償器,有針對性地補償限制傳感器測量帶寬的誤差超限模態(tài)。具體討論了四類二次補償器的構(gòu)造方法,并說明了多個二次補償器的循環(huán)構(gòu)造過程和傳感器動態(tài)補償流程。在動態(tài)解耦-補償方面,本文提出了一種基于預矩陣的迭代動態(tài)解耦-補償方法,先對傳感器進行迭代動態(tài)解耦降低其動態(tài)耦合誤差,然后進行動態(tài)補償降低其主通道動態(tài)誤差,著重研究了迭代動態(tài)解耦過程中迭代的斂散性問題。針對現(xiàn)有迭代動態(tài)解耦方法在應用中有可能不收斂的問題,本文在此基礎(chǔ)上引入預矩陣P(對角陣)以改變耦合矩陣在某些特定頻率點的幅值,從而改善迭代解耦的收斂性。另外,本文還對力傳感器的動態(tài)標定方法進行了改進,利用沖擊剪斷裝置替代人手去剪斷鋼絲來產(chǎn)生階躍力/力矩信號對傳感器進行動態(tài)標定,并設計了檢測電路來測量階躍信號的階躍邊沿時間,以提高傳感器動態(tài)標定的精度,從而為將來傳感器的動態(tài)特性研究提供更好的依據(jù)。最后,以ATI Mini45多維力/力矩傳感器為例,驗證了上述方法的有效性。針對ATI Mini45傳感器動態(tài)標定的實驗數(shù)據(jù)研究結(jié)果表明,動態(tài)解耦-補償后,傳感器力和力矩方向的動態(tài)耦合率和耦合干擾的均方根誤差都下降了70%以上,各通道的階躍調(diào)節(jié)時間從幾百毫秒縮短到3毫秒以內(nèi),超調(diào)量也從80%以上降低至5%以內(nèi),并將帶寬從30 Hz左右擴大到100 Hz左右。因此,本文所研究的動態(tài)校正方法是切實可行、有效地。并且,針對ATI Mini45傳感器的階躍卸載測試實驗也表明本文所改進的傳感器動態(tài)標定方法能夠有效提高傳感器的動態(tài)標定精度。
【圖文】：

ATIMini45傳感器Fig2.1ATIMini45sensor

2. 傳感器；3. 加載頭；4. 輔助定向架；5. 鋼絲；6. 砝碼；7. 采集on platform; 2.ATI Mini45 sensor; 3. Loading head; 4.Auxiliary orientaSteel wire; 6. Weight;7. Data acquisition card; 8. PC.圖 2.2 傳感器動態(tài)標定實驗裝置Fig 2.2 The dynamic calibration set-up for sensor
【學位授予單位】：合肥工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TP212

【參考文獻】

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本文編號：2640623