[发明专利]一种基于气浮扭摆台的转动惯量的频域检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种转动惯量的检测方法，尤其涉及一种基于气浮扭摆台的转动惯量的频域检测方法，属于转动惯量检测技术领域。

背景技术

转动惯量是物体的固有属性，作为质量特性参数之一，它是物体运动姿态控制中的重要参数之一。测量转动惯量的方法很多，其中扭杆扭摆法设计简单，容易操作，适合于大型被测物体，不需要测量被测物体的质量，测量准确度高。当前扭摆法对产品的转动惯量的测定均在时域内实现，通过测定产品做扭摆运动的周期，根据转动惯量与扭摆运动周期的平方成正比的关系得到被测产品的转动惯量值。

扭摆法转动惯量测量系统系统主要由气浮扭摆台、位移采集组件、数据采集卡以及上位机等组成，其中气浮扭摆台由载物台、气浮轴承组件、扭杆、基座等组成。位移采集组件则用于实时记录载物台做扭摆运动的位移，上位机通过数据采集卡可以实时采集载物台(被测物)扭摆位移参数。

测量产品转动惯量时，先进行空载测量，得到空载时载物台做扭摆运动的扭摆位移时间序列，进而可得空载时扭摆运动周期T_f；将被测产品加载到载物台做扭摆运动，采集得到产品与载物台做扭摆运动的扭摆位移时间序列，进而可得负载时扭摆运动周期T_o，根据扭摆法基本原理，则被测产品的转动惯量为：

J_o＝A(T_o²-T_f²)

式中，J_o为产品转动惯量；A为与扭杆的刚度系数K有关的常数，可通过标定获得。

扭摆法转动惯量的时域测量方法受到周期测量精度的影响，当扭摆运动受到空气阻尼及其他外界干扰的影响，扭摆运动的周期不再稳定，最终影响转动惯量的测量精度。

发明内容

本发明的目的是提出一种基于气浮扭摆台的转动惯量的频域检测方法，以解决针对现有的扭摆法转动惯量的时域测量方法受到周期测量精度的影响，当扭摆运动受到空气阻尼及其他外界干扰的影响，扭摆运动的周期不再稳定，最终影响转动惯量的测量精度的问题。

为解决上述技术问题本发明采用技术方案如下：

本发明所述的一种基于气浮扭摆台的转动惯量的频域检测方法，步骤一、根据虎克定律，扭杆受扭转而产生的恢复力矩Mn与所转过的角度θ成正比，即

M_n＝-Kθ    (1)

式中，K为扭杆的刚度系数，考虑空气阻力、轴承机械摩擦产生的阻尼力矩时，气浮扭摆台的合力矩表示为扭杆恢复力矩和阻尼力矩之和，即

M＝M_n+M_z    (2)

式中，Mn为扭杆作用下的恢复力矩，Mz为阻尼作用产生的阻尼力矩，阻尼的线性模型条件下，阻尼力矩用下式表达：

M_Z＝c*ω    (3)

c为阻尼系数，ω为摆动的瞬时角速度；

步骤二、根据转动定律写出扭摆运动微分方程，得到扭摆运动转角θ关于时间t的函数表达式：

θ(t)=θ01-ζ2exp(-ζωnt)cos(ωnt1-ζ2)---(4)]]>