[发明专利]基于空运行激励的数控机床模态比例因子获取方法

说明书

技术领域

本发明涉及数控装备结构模态参数分析技术领域，尤其涉及一种基于空运行激励的数控机床模态比例因子获取方法。

背景技术

传统实验模态分析技术能够得到完整的模态参数，包括固有频率、阻尼比、模态振型向量和模态比例因子。但对于大型结构(如桥梁、高楼和重型机床)，传统实验模态分析技术的激励方式难以实施，利用其它易于实施的随机激励(如环境激励)作为激励方式的工作模态分析方法得到了重视。工作模态分析方法中，假设输入激励为幅值恒定的白噪声随机激励，推导出测点间的互功率谱矩阵与频响函数矩阵有相似的表达式，可通过互功率谱矩阵辨识出部分的模态参数。

现有的工作模态分析方法中，能够辨识结构的固有频率、阻尼比和模态振型向量这些模态参数，但无法得到模态比例因子。由于现有工作模态激励属于环境激励，无法控制激励输入的位置，并且难以测量和估计实际激励力的能量大小，从而无法直接从互功率谱矩阵中得到模态比例因子，不能得到结构完整的频响函数。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于空运行激励的数控机床模态比例因子获取方法，其能够估计激励序列的能量大小，继而从机床测点间的互功率谱矩阵中获取模态比例因子。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种基于空运行激励的数控机床模态比例因子获取方法，包括以下步骤：

(1)生成机床加速度的二值随机序列，并根据二值随机序列生成机床的空运行数控代码：

(2)计算二值随机惯性激励力序列的自功率谱G_XX(jω)：

(3)执行空运行数控代码，以测量机床的响应信号并计算响应信号的互功率谱矩阵；

(4)根据响应信号的互功率谱矩阵利用最小二乘复频域法计算系统极点λ_1...N和以及模态振型向量ψ_1...N和

(5)根据自功率谱[G_XX(jω)]、系统极点λ_1...N和以及模态振型向量ψ_1...N和计算机床结构的模态比例因子。

步骤(1)包括以下子步骤：

(2-1)根据机床模态分析所需的频带确定钟频率f₀的大小，f₀为频带的两倍；

(2-2)确定机床在空运行过程中产生的惯性力的绝对值ma，其中a为机床的加速度，m为机床的质量；

(2-3)通过MATLAB软件生成钟频率为f₀、二值变量在0和ma中取值的二值随机惯性激励力序列；

(2-4)根据二值随机惯性激励力序列计算生成加速度二值随机序列。

(2-5)根据加速度二值随机序列编写机床的空运行数控代码；

(2-6)根据二值随机序列生成机床的空运行数控代码。

步骤(2)是采用以下公式：

Gxx(jω)=(ma)22f0(sinω/f0ω/f0)2,]]>

其中G_xx(jω)为二值随机惯性激励力序列的自功率谱函数。步骤(3)是采用以下公式：