[发明专利]一种压电矢量力测试装置的性能评估方法

摘要

本发明提供了一种压电矢量力测试装置的性能评估方法。该方法从前期对矢量力测试装置的标定和后期对矢量力测试装置的模拟加载两方面着手，检验并反向研究基于矢量力测试装置的矢量力测量映射关系模型。首先从矢量力测试装置在实际工况下的受力状态等角度出发，建立了矢量力测试装置的理论模型，包括“由上而下”的多个空间矢量力向转接平面中心处合成的空间矢量力平移变换模型Ⅰ和“由下而上”的压电测力仪输出分量向转接平面中心点处合成的理论模型Ⅱ；然后对比分析“由模型Ⅰ得到的合力Fs1和合力矩Ms1”与“模型Ⅱ得到的合力Fs2和合力矩Ms2”；最终，从标定和模拟加载两方面验证了在误差允许的范围内，压电矢量力测试装置的测试性能是否满足实际工况的要求。

主权项

1.一种基于压电矢量力测试装置静态标定的性能评估方法，其特征在于，步骤如下：外界加载力作用于压电矢量力测试装置的受力体(1)上，一方面，采用“由上而下”的空间矢量力合成模型Ⅰ将多个空间矢量力向转接平面的中心处合成转换，求得合力F_s1和合力矩M_s1；另一方面，根据压电测力仪的12路输出分量，采用“由下而上”的压电测力仪输出分量合成模型Ⅱ向转接平面的中心点处合成转换，求得合力F_s2和合力矩M_s2；最后对比分析“由模型Ⅰ得到的合力F_s1和合力矩M_s1”与“模型Ⅱ得到的合力F_s2和合力矩M_s2”；压电矢量力测试装置以压电测力仪作为核心力敏元件，主要由受力体、连接板与压电测力仪组成；受力体(1)通过螺栓与转接板(2)相连，转接板(2)通过螺栓与压电测力仪的上板(3)相连，转接板(2)与压电测力仪的上板(3)的连接平面命名为转接平面；压电测力仪主要由上板(3)、压电传感器(4)与下板(5)组成；将压电测力仪的12路输出分别与电荷放大器用导线连接，然后通过采集卡将电荷放大器与计算机连接成一体；(1)空间矢量力平移变换模型Ⅰ如图3所示，设受力体(1)上同时受到F₁,F₂,F₃三个矢量力的作用，根据理论力学空间矢量力平移变换原理，将三个空间矢量力F₁,F₂,F₃同时向转接平面的中心点处合成转换，求得F_s1和M_s1；F_x＝F₁·sinγ₁·cosα₁+F₂·sinγ₂·cosα₂+F₃·sinγ₃·cosα₃F_y＝F₁·sinγ₁·sinα₁+F₂·sinγ₂·sinα₂+F₃·sinγ₃·sinα₃F_z＝F₁·cosγ₁+F₂·cosγ₂+F₃·cosγ₃M_z＝F₁·sinγ₁·cosα₁·R₁·sinβ₁‑F₁·sinγ₁·sinα₁·R₁·cosβ₁  +F₂·sinγ₂·cosα₂·R₂·sinβ₂‑F₂·sinγ₂·sinα₂·R₂·cosβ₂  +F₃·sinγ₃·cosα₃·R₃·sinβ₃‑F₃·sinγ₃·sinα₃·R₃·cosβ₃其中，F₁,F₂,F₃：由可控六维力加载装置产生的空间单向矢量力；F_s1,M_s1:多个空间矢量力向转接平面中心点处简化合成的合力与合力矩；F_x,F_y,F_z,M_x,M_y,M_z：多个空间矢量力在转接平面中心点处的合力与合力矩在空间坐标系O‑XYZ各坐标轴的投影；α₁,α₂,α₃：加载矢量力在平面XOY上的投影与X轴正向的夹角，即为侧向加载力方位角；β₁,β₂,β₃：加载矢量力作用点A、B、C在平面XOY的投影点与坐标原点O的连线与X轴正向的夹角，即为加载力偏移方位角；γ₁,γ₂,γ₃：加载矢量力F₁、F₂、F₃分别与Z轴的夹角，即为加载力偏斜角；h₁,h₂,h₃：加载矢量力作用点A、B、C距平面XOY的距离；R₁,R₂,R₃：加载矢量力作用点A、B、C到中心轴线的距离；(2)压电测力仪输出分量合成模型Ⅱ如图4所示，设XOY平面为压电测力仪与受力体(1)连接的转接平面；序号1、2、3、4代表四个压电传感器；F_xi、F_yi、F_zi分别表示受外界加载矢量力F_s2和M_s2作用时，第i个压电传感器所受到的沿X、Y、Z方向所受到的轴向力，i＝1、2、3、4；a、b分别表示压电传感器到Y轴和X轴的距离；c为转接平面距参考坐标系的高度；根据压电测力仪的12路输出，将各分量向转接平面的中心点处合成转换，得：其中：F'_x,F'_y,F'_z,M'_x,M'_y,M'_z：压电测力仪各输出分量向转接平面中心点处合成的合矢量力/力矩分别沿空间坐标系O‑XYZ各坐标轴方向的分力/力矩；F_s2,M_s2：多个空间矢量力向转接平面中心点处简化合成的合力与合力矩；最后，分别对比分析合力F_s1与F_s2，合力矩M_s1与M_s2，来验证在误差允许的范围内，矢量力测试装置的测试性能是否满足实际工况的要求。