冲击激励下加速度计动态建模及辨识方法的研究

发布时间：2020-10-24 00:03

　　 加速度计动态特性直接影响着加速度计应用设备或系统的动态性能。在加速度计动态特性研究中,由于缺乏全面地描述加速度计动态特性的动态模型及参数辨识方法,制约着加速度计应用装置、仪器设备以及控制系统测量精度和动态性能的提高。机械冲击具有脉冲宽度窄、频率范围宽等特点,能够激发加速度计高频动态响应,是在更宽频率范围研究加速度计动态特性的一种典型激励信号。因此,在冲击激励下研究加速度计动态建模及参数辨识方法,全面准确描述加速度计动态特性,具有重要的理论意义和应用价值。本文在详细分析现有加速度计动态建模及参数辨识方法研究现状基础上,对冲击激励下加速度计动态建模及辨识方法进行研究。研究了冲击激励下加速度计动态建模影响因素;给出了现有加速度计动态模型参数估计误差;提出了一种加速度计混合结构动态建模方法,建立的混合结构动态模型能够较全面表征加速度计动态特性,为加速度计动态建模的研究提供了新的途径。提出了一种基于二代小波插值改进的经验模态分解(SGWI-EMD)和平均固有模态函数(aIMF)的加速度计输出信号降噪方法,利用二代小波插值提高信号极值点定位精度,进而提高EMD结果准确度,并将谱峭度(SK)作为阂值准则,通过迭代的方式从aIMF中分离出噪声,与传统的线性滤波方法或基于小波变换的降噪方法相比,能够有效降低冲击激励下加速度计输出信号噪声,为降低冲击激励下噪声对加速度计动态模型参数辨识精度的影响提供了一种有效方法。为了进一步提高加速度计动态模型参数辨识精度,降低加速度计频率响应函数(FRF)估计误差,给出一种基于离散频谱校正和Hv(DSC-Hv)的加速度计FRF估计方法,在原始数据长度一定的前提下,能够提高频率分辨率,降低栅栏效应和测量噪声对加速度计FRF估计的影响;在此基础上,针对测量通道延迟失配,将延迟环节引入加速度计动态模型,给出了一种基于延迟时间修正和最小二乘(DTC-LS)的加速度计动态测量延迟时间估计方法,能够准确估计加速度计动态测量延迟失配产生的延迟时间;进一步考虑非线性影响,提出了一种基于加权最小二乘和支持向量机(WLS-SVM)的加速度计动态模型参数辨识方法,有效提高了非线性影响下的加速度计动态模型参数辨识精度,且算法简单,数值稳定性好,增强了抗噪性能和对未建模误差干扰的鲁棒性。基于虚拟仪器技术,建立了一套加速度计动态模型参数辨识系统,能够产生高于50 kHz的窄脉冲冲击激励;分析了系统软件体系结构;将基于文件的模块化软件集成框架与混合编程技术有机结合,完成了加速度计动态模型参数辨识软件,能够脱离MATLAB和LabVIEW环境运行,可独立安装,通用性较强,为传感器动态测试仪器系统的开发做了积极的探索,工程应用价值较高。利用所建立的加速度计动态模型参数辨识系统进行加速度计冲击激励校准实验,对所提出的方法进行实验验证。实验表明,所提出的加速度.计动态建模及辨识方法正确可行,具有较高的加速度计动态模型参数辨识精度,极大地促进了加速度计动态建模及辨识方法的工程化应用。本文所提出的加速度计混合结构动态建模方法能够较全面地描述加速度计动态特性,为加速度计动态建模提供了新的途径;所提出的加速度计动态模型参数辨识方法,能够降低测量噪声、测量通道延迟失配以及非线性对加速度计动态模型参数辨识的影响,具有较高的参数辨识精度,研究成果在加速度计动态校准领域有着广阔的应用前景。
【学位单位】：北京化工大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TH824.4
【部分图文】：

??出线性动态范围作为假设的等效机理模型［２４］，如图１－１所示。??ｆ／／／／／／／／／／／／／／Ａ??＾?Ｍｌ??．ＬＪｌｉ，??ｘ，（〇ｔ－?被测－载体??＾?￣?ｒ??惯性坐标系??图１－１加速度计等效机理模型??Ｆｉｇ．?１－１?Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ?ｍｅｃｈａｎｉｓｍ?ｍｏｄｅｌ?ｏｆ?ａｃｃｅｌｅｒｏｍｅｔｅｒ??质量为ｍ的质量块内置于加速度计壳体，被弹性系数为＆的弹簧和阻尼系数为ｃ??的阻尼器支撑，加速度计壳体固定在被测载体上。在惯性坐标系下，设＼（〇为质量块??相对于壳体的位移，当载体以绝对位移ｘ，（〇运动时，加速度计感受到输入加速度为??Ｗｎ０）?＝?，并产生输出凡⑴ＣＣ?ｘ？（／），质量块的运动方程为??ｙ：（〇?＋?２Ｓｏ＞ｎｙ；｛ｔ）?＋?ｃｏ２ｎｙ０｛ｔ）?＝?Ｋｃｏ］ｕ０｛ｔ）?⑴??式中，５?４／（２７＾）为等效阻尼比；叫＝７＾为固有频率；［为加速度计静态增益。??此外

２．３．１现有加速度计线性二阶动态模型参数估计误差??现有的加速度计线性二阶动态模型，以单自由度质量－弹簧－阻尼系统为基础，如??图２－３所示。??１５??

北京化工大学博士学位论文之和与过零点数之差最多为一；（２）局部极值点构成的序列为ｘ（〇，?ＥＭＤ?“筛分”过程如图３－１所示，其具体步骤确定ｘ（〇局部极值点，利用三次样条插值，获得布）的上下计算包络均值?ｅａｖｅ（，）?＝?（ｅｍａｘ?⑴?＋?ｅｍｉｎ?（，））／２。??计算差值／＾（〇?＝?ｘ（〇－ｅａｗ（〇，并将；？＞（／）作为新的ｘ（〇，重ＩＭＦ分量两个条件时停止，此时，ｈＯ）即为分离出的第一计算余项冲卜冰）－／＾／），并将Ｋ０作为新的外），重复步ＩＭＦ分量和余项。??
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本文编号：2853727