[发明专利]一种应变式六维力传感器的混合激励动态标定方法

说明书

本发明为一种应变式六维力传感器的混合激励动态标定方法，采用混合激励的方式对应变式六维力传感器进行动态标定实验以降低传感器动态标定实验的难度，并进行混合激励载荷辨识与频响函数计算以获取传感器的动态特性。首先，设计混合激励方向表使混合激励方向矩阵满秩；其次，根据混合激励方向表的加载要求，在传感器的测量端工装上设计加载面并施加动态力以对传感器进行混合激励动态标定实验，获取数据；再次，根据传感器的动态激励力和动态响应信号辨识出传感器动态混合激励载荷中的各载荷分量；最后，根据传感器的全部动态标定实验数据和辨识的动态混合激励载荷，采用频域最小二乘法计算传感器各测量通道的频响函数，获得传感器的动态特性。

技术领域

本发明涉及传感器的动态标定技术，特别是一种用于应变式六维力传感器的混合激励动态标定方法，通过混合激励降低六维力传感器动态标定实验的难度，通过载荷辨识分解动态混合激励获取传感器混合激励载荷中的各载荷分量，据此分析计算传感器的频响函数，从而为应变式六维力传感器提供更简单易行的动态标定方法。

背景技术

应变式六维力传感器是生产、测试和实验中最常用的一种多维力传感器，能够将空间任意方向的矢量力沿传感器测量坐标系Oxyz的3个坐标轴x、y、z分解为3个方向相互垂直的力X、Y、Z和3个方向相互垂直的力矩MX、MY、MZ。以下为方便描述，将应变式六维力传感器简称为“六维力传感器”、“传感器”，将传感器的3个力X、Y、Z和3个力矩MX、MY、MZ测量通道按顺序依次标记为传感器的1、2、3、4、5、6通道。为了评价传感器的实际动态性能，需要对传感器进行动态标定实验，获取其动态输入、输出数据，据此建立其动态数学模型或计算其频响函数来获取其动态特性。对于六维力传感器，其动态标定实验通常要求对其3个方向力和3个方向力矩进行单元加载，即每次实验只在传感器的一个力或力矩方向施加动态激励载荷，而其它方向输入载荷为0，从而根据获得的单元加载实验数据分析传感器相应方向的主通道及其对其它方向的耦合通道的动态特性；据此，则需对六维力传感器的6个方向分别进行单元加载实验，以分别获取其全部的主通道和耦合通道的动态特性。因此，六维力传感器单元加载的实验精度决定了其动态性能标定的精度。为了使动态标定得到的传感器动态性能接近其工作时的动态性能，还要求动态标定实验中传感器的工装条件与其实际工作中的工装条件尽可能相近或相同。对于六维力传感器而言，复杂多样的工装机构就使得对六维力传感器进行单元加载实验的难度大幅增加。目前，六维力传感器动态标定实验所用的动态激励载荷主要有阶跃、冲击和正弦这三种形式。阶跃激励由于激励点坐标和激励方向可控性好，且易于通过辅助机构产生纯阶跃力矩，是目前多维力传感器动态标定实验中最常用的一种方式；但在面对形状多样的传感器工装时，单元加载的加载点设置往往比较困难。冲击激励大多采用冲击力锤敲击来实现，方法简单，但敲击点位置和敲击方向可控性较差，且很难产生纯冲击力矩，因此对于多维传感器而言常只用于动态特性的初步评价；正弦激励法的设备结构复杂，存在联结机构影响等问题，也很难面对复杂多样的工装结构实施单元加载。因此，目前多维力传感器的动态标定方法或可控性差、或难以满足单元加载要求，或无法适用形状多样的传感器工装结构。

本发明方法即提出一种新的基于混合激励的六维力传感器动态标定方法，以降低六维力传感器动态标定对实验的要求，并满足不同工装结构的六维力传感器的工况标定需求。

发明内容

本发明要解决现有的六维力传感器动态标定方法要求对传感器进行单元加载并对激励点位置和激励方向控制精度要求高、且难以适用于工装结构复杂多样的六维力传感器的工况标定等问题，提供一种简单的动态标定方法用于六维力传感器的混合激励动态标定。