[发明专利]一种基于最小二乘复指数法的应变式力矩仪带宽扩展方法

说明书

本发明公开一种基于最小二乘复指数法的应变式力矩仪带宽扩展方法，包括步骤一、使用最小二乘复指数法进行模态参数识别；步骤二、根据识别出的模态参数设计数字校正单元，包括梳状滤波器和低通滤波器，并以此对力矩仪进行校正。该方法可根据最小二乘复指数法对力矩仪进行模态参数识别，再根据阻尼固有频率、阻尼比等模态参数设计数字校正单元，对固有频率点附近频带进行精确校正，保证通带内幅频响应趋于常值，从而扩展频带。

技术领域

本发明属于仪器仪表技术领域，特别是一种基于最小二乘复指数法的应变式力矩仪带宽扩展方法。

背景技术

应变式力矩仪测量原理为应变效应。当加载力矩时，应变片随测量轴一起发生扭转变形，其阻值相应改变；通过测量应变片的阻值可得到测量轴的扭转角；根据扭转角和测量轴的扭转弹性模量，即可计算出被测扭矩。当选择具有较小扭转弹性模量的测量轴和应变片时，力矩仪具有较高的灵敏度，可用于微小力矩测量。

电机性能检测一个重要环节是测量电机转动时波动力矩的大小，波动力矩越大，电机转动时越不稳定。在陀螺仪电机等高速电机中，即使力矩有较小波动，依然会对电机的性能产生较大影响；所以在高速电机波动力矩检测中，常使用高灵敏度应变式力矩仪。

高灵敏度应变式力矩仪的测量轴需要使用扭转弹性模量较小的材料，以此保证施加微小力矩时，测量轴有较大的扭转角，应变片阻值有明显变化。但是较小的扭转弹性模量使测量轴的固有频率较低，固有频率附近频带的幅频响应远大于零频时的幅频响应，在测量力矩时，不仅在该频段内波动力矩的测量不准确，而且会产生低频振荡，使力矩仪输出信号中除了被测的波动力矩信号外还包含测量轴受外力矩激励而引起的振荡信号。

为了准确测量波动力矩需要使用低通滤波器滤除振荡信号，低通滤波器设计原则是使振荡信号衰减到不影响波动力矩的测量，同时限制系统带宽，保证通带平坦，即通带内波动力矩测量结果满足精度要求。传统的方法是在设计滤波器前先对测量信号进行频谱估计，得到振荡信号的频率，再根据经验选择截止频率等滤波器参数。这种经验估算方法选择的截止频率较小，虽然滤除振荡信号，使通带平坦，但是也大大减小了带宽，降低了力矩仪的测量性能。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种基于最小二乘复指数法的应变式力矩仪带宽扩展方法，可根据最小二乘复指数法对力矩仪进行模态参数识别，再根据阻尼固有频率、阻尼比等模态参数设计数字校正单元，对固有频率点附近频带进行精确校正，保证通带内幅频响应趋于常值，从而扩展频带。本发明还提供扩展应变式力矩仪带宽的典型案例，对力矩仪进行模态参数识别，并根据识别结果设计校正单元，提供与传统低通滤波器进行对比的结果，验证本发明所提供方法的可行性、适用性、优越性。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种基于最小二乘复指数法的应变式力矩仪带宽扩展方法，包括以下步骤

步骤一、使用最小二乘复指数法进行模态参数识别；

步骤二、根据识别出的模态参数设计数字校正单元，包括梳状滤波器和低通滤波器，并以此对力矩仪进行校正。

进一步的，步骤一具体包括以下步骤：

(101)装载测量系统，在测量系统进行测量前使用冲击锤对力矩仪施加冲击力矩，采集力矩仪输出的力矩信号；

(102)选取采集信号中代表力矩仪自由响应的数据段h_n(n＝0,1,2…)；

(103)将h_n分成m+1个时序样本，每个样本分别有2n个采样数据(m+12n)，即

h_l＝[h_l h_l+1 … h_l+2n-1]^T(l＝0,1,,m) (1)