[发明专利]一种基于加速度频响函数的复杂构件惯性参数获取方法

说明书

本发明公开了一种基于加速度频响函数的复杂构件惯性参数获取方法，先通过传感器规格参数确定的质量、质心位置，在待测刚体上建立参考坐标系、质心坐标系，传感器布置于待测刚体参考点和据测试装置几何参数确定的响应点，确定坐标转换矩阵，通过基点法确定激励力下整个刚体角加速度，采用基点迭代法确定其余各个传感器质心坐标，进而确定相对于响应点的参考点加速度和相对于参考点的质心加速度；然后用力的平移和质心定理确定质心坐标及整体刚体质量，考虑传感器附加质量，计算待测刚体质量；最后采用力沿作用线平移、动量矩理、定轴转动惯量和转动惯量平移定理确定整个刚体绕质心轴线的转动惯量，考虑传感器附加转动惯量，计算待测刚体转动惯量。

技术领域

本发明涉及复杂构件刚体惯性参数识别技术领域，具体是一种基于加速度频响函数的复杂构件惯性参数获取方法。

背景技术

高效、便捷、精确的获取汽车、航空和航天等复杂构件刚体惯性参数一直是机械制造领域研究的热点与难点。复杂构件惯性参数包括质量、质心、转动惯量、惯性积，目前复杂构件惯性参数识别方法主要有落体测试法、扭摆测试法、基于CAD/CAE模型数值计算法和试验模态参数识别法；落体测试法只适用于轴对称刚体，需待测物的运动，受空气阻力影响大，识别精度低；扭摆测试法测试不同姿态，操作繁琐、耗时，对大型部件测试困难，但识别精度可靠；基于CAD/CAE模型数值计算法对复杂零部件难以求解，且耗时、精度差；试验模态参数识别法包括模态模型法，直接参数识别法，质量线法；模态模型法需要多次激励才能获得待测刚体六阶模态；直接参数识别法需要大量的响应点和激励点，且受噪声影响大；质量线法忽略系统阻尼、刚度影响，假设系统为单自由运动，通过激励与响应函数便可计算惯性参数，极大了简化实验操作、成本与计算，但该方法需要三维坐标仪多次测量足够的激励点、响应点坐标，导致实验繁琐、条件提升，成本增高，实验计算误差累积，同时传统方法一般直接忽略传感器附加质量和转动惯量影响，造成计算精度不高。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，而提供一种基于加速度频响函数的复杂构件惯性参数获取方法，该方法能够满足在不借助三维坐标测试仪多次测点的条件下，充分利用三轴传感器的质量、质心等规格参数和加速度响应，一次布置传感器测点，进行数据采集处理，就能完成复杂构件惯性参数的全部识别。

实现本发明目的的技术方案是：

一种基于加速度频响函数的复杂构件惯性参数获取方法，包括如下步骤：

1)将待测质量为m₀的刚体置于刚度很小的弹性支撑上或用刚度很小的柔性绳悬吊，在待测刚体表面布置质量为m_s的三轴加速度传感器，将传感器和待测刚体视为整体，当整个刚体受力锤激励Fⁱ作用时，整个刚体做近似的无约束运动，同时传感器测得整个刚体布置点的瞬时加速度响应为

2)以待测刚体上某点建立参考坐标系OXYZ，同时建立相对于参考坐标原点的质心坐标系CXYZ，待测刚体上任意点坐标相对于参考坐标原点O的坐标为

将三轴传感器1置于参考坐标原点即响应点1，相对自身参考坐标系的质心坐标为响应为质量为m_s；

将三轴传感器2置于整个刚体已知坐标的响应点相对自身参考坐标系的质心坐标为加速度响应为质量为m_s；

3)测得置于坐标原点上三轴传感器1的加速度为刚体上响应点2上的三轴传感器加速度为由基点法确定刚体上任意响应点上的瞬时加速度为：

为激励力Fⁱ下角加速度(α^kβ^kγ^k)，r为刚体上任意响应点坐标到基点坐标的距离，

矩阵形式为：