动态误差分解与溯源理论与方法研究

基于全系统动态精度理论及其建模方法,建立实际测量系统的"白化"或"准白化"模型,以及输出总误差的"白化"模型,利用混合谱分析的方法对动态测试系统进行误差分解与溯源.动态误差分解与溯源是误差理论及精度理论的逆向问题,在动态测量及动态测试系统的设计中具有十分重要的意义.     

动态误差分解与溯源理论与方法研究

基于全系统动态精度理论及其建模方法,建立实际测量系统的"白化"或"准白化"模型,以及输出总误差的"白化"模型,利用混合谱分析的方法对动态测试系统进行误差分解与溯源.动态误差分解与溯源是误差理论及精度理论的逆向问题,在动态测量及动态测试系统的设计中具有十分重要的意义.     

对于用扫频激励法测试系统频率特性的讨论

实际工作中有不少场合采用扫频(连续变更激励源的频率)的方法测试系统的频率特性或寻找机械系统的谐振点。本文通过对二阶系统动态激励的数字仿真研究,对这种方法的合理性作了初步探讨,认为在同样扫频速度下,小阻尼系统的测试误差较大,动态响应较快的系统的测试误差相对小些;对于一定阻尼的系统,扫频速度应有一个限度,以免引起过大的误差。通常,测取系统频率特性是通过逐点测试正弦输入下的稳态输出,将输出的幅值、相位与输入的幅值、相位相比较得到系统频率特性。但是,实际工作中,很多地方采用扫频方法测试系统的频率特性(扫频仪就是这样测试频率特性的一类仪器)或寻找机械系统的谐振点。在旋转轴系中,动不平衡转子在加速或减速时的强迫振动也常被用来对系统的模态进行识别。这种强迫振动是由变振幅的变频正弦激励力造成的。我们把连继变更频率的这一类输入称作扫频激励。尽管扫频激励被广泛地使用在测取频率特性和系统模态识别上,但是,这一方法的合理性没有引起足够的注意。严格地说,不管扫频速度多么慢,系统总是处于暂态。因此,如果用扫频激励来画系统的奈氏图,即使不计测量仪器和X-Y记录仪的动态响应(它们是测试系统中的串联环节,其动态特性也影响所得结果)所得的也不是系统真实的奈氏图。扫频速度越大,差别也就越大。另外,被测系统本身的动态特性也影响所得的结果。任何一个多自由度线性系统,不管用什么激励方式,在任何一个测点上都可以测得系统的各阶固有频率和阻尼率。任一测点的输出可以认为是多个单自由度系统(反映系统相应的模态)输出的并联叠加。因此,我们将对具有典型代表性的单自由度系统在扫频激励下的响应进行初步的考察。对一个二阶系统在扫频激励的条件下进行数字仿真的结果表明,测试的误差受如下两个因素的影响:(1)系统的阻尼率ζ。相同扫频速度下,阻尼率较小的系统测试误差较大;(2)扫频速度。相同阻尼的系统,扫频速度越高,测试误差越大。     

高性能电主轴综合性能集成测试系统研制

采用直驱方式传动的电主轴传动链短,具有调速性能好和精度高的特点,在数控机床上得到普遍应用。传统电主轴性能检测偏重于静态特性,对动态特性关注度不足。以加工中心高性能电主轴为测试对象,搭建了综合性能测试平台。介绍了动态回转误差的评定和测试方法,获得了不同转速下电主轴径向和轴向的回转误差。采用在线均值滤波和离线无限冲击响应低通滤波分离电主轴回转误差和偏心量得到电主轴热变形,获得了同商业热效应测试仪器可比的测试精度。研制了基于电力测功机的调速负载特性测试系统,获得了电主轴的机械特性和电流曲线。利用模态试验系统获得了电主轴径向和轴向的频率特性曲线及对应的固有频率。     

非切削状态下加工中心主轴动态回转精度的测试及分析

以主轴动态回转精度为出发点,以两种不同类型加工中心主轴为测试对象,在非切削状态下分别进行了径向误差运动和轴向误差运动,以及热变形的测试及分析。提出了使用主轴误差分析仪进行主轴的动态回转精度以及热变形分析的方法,测试结果表明:静态误差相近的主轴,由于其结构、传动方式及冷却方式的不同,其动态精度可能存在很大差异。针对实测的加工中心主轴和整机的结构进行分析,可为机床和主轴的结构设计、误差补偿和实际加工提供技术支撑。     

利用位移测量推估梁及桥梁动态应变的方法研究

桥梁损伤检测是桥梁工程的一个重要课题。梁的应力应变参数与其刚度存在直接关系，因而应变模态测量可望用于桥梁损伤检测。动态应变测量可通过位移测量实现，但对位移传感器提出了特定的要求。对位移测量方法的误差分析表明传感器的相频一致性对测试精度有较大影响。在此分析基础上，利用特制的DP传感器进行了工字钢梁的模拟实验，实验结果验证了测量方法的可行性。     

机床主轴径向回转误差的测试与研究

给出了一种主轴回转误差动态测量的误差分离方法,提出了一套主轴回转精度的动态测试系统.该系统由位移测试单元、采样时钟单元、数据采集卡、通用计算机及数据处理软件组成.该系统用于电主轴回转精度的实际测量,取得了良好效果.     

改进卡尔曼滤波算法在动态扭矩传感器中的应用

针对动态扭矩传感器在数据采集过程中存在的脉冲干扰、高斯噪声干扰等引起的误差问题,提出采用滑动平均滤波与卡尔曼滤波算法相结合方式对卡尔曼滤波算法进行改进。既提高了动态扭矩传感器的测量精度,又保证了数据采集系统的频率特性。     

位移传感器动态测量系统的误差建模研究

为进行动态测试系统的误差溯源研究,以一种差动互感电感式位移传感器动态测试系统为研究对象,分析各部分的动态测试特性,分别建立了各环节的单元传递函数与误差函数,并根据全系统动态测试精度理论,建立了该系统总的传递链函数及误差传递”白化”模型。     

基于互相关原理的伺服阀频率特性测试系统研究

对利用互相关原理进行伺服阀频率特性测试进行了研究。针对频率特性测试过程中动态液压缸活塞在伺服阀阀口不对称特性作用下的偏移运动,提出了一种以PC为基础,利用软件信号合成的方法实现频率特性测试和动态纠偏的试验方案。对该方案的总体结构、扫频控制单元设计、纠偏控制器设计和信号处理单元设计进行了研究。最后给出了系统实例及某伺服阀的测试结果。     

实验测定发出连续信号线性测量仪器的动态特性

近年来,对线性测量和检验所采用的这类仪器已提高了精度的要求,并在生产过程中不断扩大其精密仪器的使用。因为这个缘故在动态和振动状态时会遇到检验装置的检查和测试的问题。全苏工具院研制了一种301型装置,对发出连续输出信号仪器进行动态的检验,其频率范围v=1～40赫芝和振幅A=2—40微米。该装置的累计误差(考虑到各种影响的因素)不超过0.2微米。利用干涉试样装置及补偿仪器误差和局部恒温调节的机构,可以保证在检验图内已有同型号仪器中较为高的精度。现有工业生产的各种仪器已在此装置上进行了多次试验。实验结果表明对这类仪器或对其他仪器的线性特性可作预先的推测。而且可确定弹簧测头的振幅频率特性曲线μ(v),     

基于热机耦合的机体主轴承壁性能数值模拟与实验研究

针对一款2.7 L高增压柴油机,采用有限元方法计算了机体的结构强度,分析了热载荷与机械载荷对机体主轴承壁区域的应变分布影响。设计了发动机台架实验,测取机体主轴承壁面的温度与动态应变,对计算结果进行验证并分析了产生误差的原因。研究结果表明:机体主轴承壁的工作应力由热应力与动载应力两部分组成,在额定工况下,热应力占主导地位。通过对比模拟与实验结果可以发现,基于第3类热载荷边界条件计算得到的壁面温度精度较高,但是该方法精度强烈依赖输入的换热系数精度。基于有限元方法获得的应变模拟值表现出良好的跟随性。有限元方法对最大动载荷模拟精度较高。最大工作应变计算误差主要来自于最大热应力的计算误差。计算模型的拓扑网格结构、测点当地材料属性与换热条件是造成计算误差的3个主要因素。     

用于电容式传感器的静电激振台的研究

提出了用静电力激振法确定电容式加速度传感器的动态特性，并分析了其静电力的非线性、频率误差及补偿传感器本身寄生电容的方法。给出的静电振动台结构简单、经济实用，具有很宽的低频测量范围(可达1Hz)和较低的静电力非线性系数，输出端具有较高的信噪比，可广泛用于电容式传感器频率特性的测试及结构优化。本文给出了传感器在静电振动台上的测试结果。结果表明：传感器可动系统的几何参数直接影响频率特性曲线，随着传感器平均空气间隙的减小，可动系统的阻尼比增加。     

分离机转鼓零件弹塑性应变测试的新方法

本文介绍了作者提出的用于分离机转鼓及其它高速回转零件弹塑性应变测试的一种新方法——分别测量法,经对两只分离机转鼓顶盖模型进行了测试,效果良好。该方法简便易行,有利于多点测试,不受集流环通道数目的限制。与常规的跟踪测量法相比,由于减少了中间环节产生的误差,故弹塑性应变测试具有较高的精度。     

齿轮重复加工中的相位误差补偿技术研究

针对齿轮重复加工中由于误差引起齿轮轮廓精度难以保证的问题,对影响齿轮重复加工的跟踪误差、耦合误差等因素进行了研究。结合齿轮重复加工的应用需求,对耦合误差的构成和耦合误差对轮廓精度的决定性影响,及相关误差补偿方法进行了分析,提出了通过实时相位误差反馈来对耦合误差进行实时补偿的齿轮加工控制系统模型;开发了一种新的相位误差动态闭环补偿技术;利用齿轮加工系统试验平台,对相位误差动态补偿技术的有效性进行了测试;通过MATLAB数据仿真和实际工件切削,对采用相位误差补偿技术前后的相位误差变化进行了比较与分析。研究结果表明:该相位误差动态闭环补偿技术能有效地减少耦合联动轴的相位误差,相位误差下降达99%,明显提高了齿轮重复加工的精度;同时,该技术满足实时性要求,适合实际工程的应用。     

冲击波压力传感器动态特性补偿及其应用（英文）

为修正压力传感器动态特性引起的测试误差,避免传感器动态建模误差影响补偿结果,提出了一种基于量子粒子群优化(QPSO)算法和均方误差的传感器动态补偿方法。通过对传感器进行逆建模,寻优得到了最优阶次的补偿器系数,利用激波管动态校准实验对该方法进行了验证,分析了补偿前后传感器的时域与频域特性。结果表明,该方法有效扩展了传感器的工作频带;在实弹测试中,减小了动态测量误差,提高了测试精度。     

冲击波压力传感器动态特性补偿及其应用

为修正压力传感器动态特性引起的测试误差,避免传感器动态建模误差影响补偿结果,提出了一种基于量子粒子群优化(QPSO)算法和均方误差的传感器动态补偿方法。通过对传感器进行逆建模,寻优得到了最优阶次的补偿器系数,利用激波管动态校准实验对该方法进行了验证,分析了补偿前后传感器的时域与频域特性。结果表明,该方法有效扩展了传感器的工作频带;在实弹测试中,减小了动态测量误差,提高了测试精度。     

全面掌控机床静动态误差的KGM/VM双坐标检验光栅

机床设备生产商利用机床精度测试的结果对机床进行有针对性的改进设计，以获得更好的性能。机床精度测试分为静态测试和动态测试两大类。尤其是对高速机床而言，动态测试的结果更能说明机床运动精度的水平。通过对动态测试结果进行分析，不仅可以了解机床当前的状态，还可以获得由数控系统、驱动和位置测量元件所组成控制环的参数设置信息。通过静态测试，例如直线轴的定位误差测试，则可以反映出机床的几何精度。     

2 m级望远镜跟踪架控制系统动态性能分析

为了增强望远镜的抗风载扰动能力,提高望远镜跟踪架的跟踪精度,本文对2m望远镜跟踪架伺服控制系统的动态性能进行了测试和分析。首先,采用正弦扫描信号对望远镜跟踪架的结构和伺服系统进行了频率特性测试;其次,采用基于观测器/卡尔曼滤波器的辨识算法,对跟踪架控制系统的频率特性进行了模型辨识;最后,依据辨识获得的控制模型设计了位置和速度控制器,然后对2m望远镜跟踪架伺服控制系统进行了目标观测实验,实验结果表明:当跟踪最大速度为3.5(°)/s,最大加速度为1(°)/s~2的目标时,方位轴和俯仰轴的最大跟踪误差均小于4.5",跟踪误差的RMS值分别为0.378 6"和0.151 6",实验验证了跟踪架控制系统的良好性能。     

试验模态分析的进展(二)——频率响应函数估计

一、引言线性结构系统的频率响应函数(FRF)是系统动态特性的描述。频率响应函数可以通过激振—响应试验测得。它在试验模态分析、振动控制以及故障诊断等领域有着广泛的应用。试验模态分析在检验和优化有限元数学模型,在试验/理论联合建模和结构动态设计中都有着重要的应用。而对于试验模态分析中承前继后的重要环节—频率响应测试的精度提出了越来越高的要求。影响频率响应测试精度的主要因素是统计误差,又称方差(Variance)误差,和偏度