構(gòu)件阻尼和運(yùn)動(dòng)副摩擦參數(shù)辨識(shí)的理論與實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、構(gòu)件阻尼和運(yùn)動(dòng)副摩擦作為機(jī)械系統(tǒng)中耗散力的主要來(lái)源，對(duì)機(jī)械系統(tǒng)的減振降噪中起著重要作用，對(duì)這兩方面的分析準(zhǔn)確與否都會(huì)對(duì)機(jī)械系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)仿真以及控制的效果產(chǎn)生直接的影響。本論文從機(jī)械系統(tǒng)中的構(gòu)件阻尼和運(yùn)動(dòng)副摩擦的辨識(shí)入手，研究了機(jī)械系統(tǒng)中兩種耗能元件的參數(shù)辨識(shí)方法。具體研究工作如下。 (1)在時(shí)不變參數(shù)模型法辨識(shí)定常阻尼的基礎(chǔ)上，引入信號(hào)處理中的矩形窗理論，提出了計(jì)算非線(xiàn)性阻尼的移動(dòng)自回歸模型法、移動(dòng)指數(shù)法和移動(dòng)Prony法。根據(jù)

2、多次仿真及實(shí)驗(yàn)，給出了矩形窗長(zhǎng)度選擇的經(jīng)驗(yàn)值，為三種方法更好地描述非線(xiàn)性阻尼關(guān)系曲線(xiàn)提供了保證。數(shù)值仿真中分析了三種方法的識(shí)別精度受白噪聲影響的程度，仿真結(jié)果表明三種方法均能有效地識(shí)別阻尼合金的非線(xiàn)性阻尼。 (2)將阻尼考慮為時(shí)變參數(shù)，在自回歸模型法和Prony法的基礎(chǔ)上，根據(jù)時(shí)變參數(shù)模型辨識(shí)理論，提出了辨識(shí)非線(xiàn)性阻尼的時(shí)變AR法和時(shí)變Prony法。分析了不同基函數(shù)對(duì)非線(xiàn)性阻尼辨識(shí)精度的影響，給出了基函數(shù)維數(shù)選擇的標(biāo)準(zhǔn)。

3、 (3)首次將時(shí)頻分析理論引入到非線(xiàn)性阻尼的辨識(shí)中來(lái)，提出了計(jì)算非線(xiàn)性阻尼的分段線(xiàn)性化的小波分析法和分段線(xiàn)性化的短時(shí)傅立葉變換法。仿真結(jié)果表明分段線(xiàn)性化的時(shí)頻分析理論可以用在非線(xiàn)性阻尼辨識(shí)中，分段線(xiàn)性化的小波變換的參數(shù)估計(jì)精度要高于分段線(xiàn)性化的短時(shí)傅立葉變換。 (4)開(kāi)發(fā)了辨識(shí)阻尼合金材料非線(xiàn)性阻尼的實(shí)驗(yàn)裝置。以鋁基和鋅基兩種阻尼合金為研究對(duì)象，設(shè)計(jì)并制作了非均勻應(yīng)力場(chǎng)試件和準(zhǔn)均勻應(yīng)力場(chǎng)試件。分別采用自由響應(yīng)法和正弦掃頻激勵(lì)法進(jìn)

4、行測(cè)試，利用本文提出的各種算法得出了兩種阻尼合金的損耗因子——應(yīng)變和損耗因子——頻率的非線(xiàn)性關(guān)系曲線(xiàn)，得出的準(zhǔn)均勻應(yīng)力場(chǎng)下的非線(xiàn)性阻尼值更具合理性，為該合金的工程應(yīng)用提供了實(shí)驗(yàn)支持。 (5)針對(duì)單自由度系統(tǒng)中阻尼和摩擦的參數(shù)辨識(shí)，引入移動(dòng)矩形窗理論，提出了可以從自由響應(yīng)曲線(xiàn)中同時(shí)辨識(shí)非線(xiàn)性阻尼和庫(kù)侖摩擦的移動(dòng)矩形窗法。通過(guò)對(duì)一個(gè)具有非線(xiàn)性阻尼和庫(kù)侖摩擦的單自由度振動(dòng)系統(tǒng)的數(shù)值仿真，得到了令人滿(mǎn)意的結(jié)果。 (6)以庫(kù)侖+粘

5、性靜態(tài)摩擦模型為研究對(duì)象，從時(shí)域和頻域角度提出了摩擦模型的參數(shù)辨識(shí)理論及算法。以L(fǎng)uGre動(dòng)態(tài)摩擦模型為研究對(duì)象，采用變尺度法和非線(xiàn)性最小二乘法辨識(shí)出了該模型的靜態(tài)摩擦參數(shù)。為了簡(jiǎn)化動(dòng)態(tài)摩擦參數(shù)的辨識(shí)難度，將粘著狀態(tài)下的摩擦力與預(yù)滑動(dòng)位移的關(guān)系線(xiàn)性化處理，提出了動(dòng)態(tài)摩擦參數(shù)的辨識(shí)方法。 (7)設(shè)計(jì)搭建了單自由度回轉(zhuǎn)機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)副摩擦參數(shù)辨識(shí)實(shí)驗(yàn)裝置，進(jìn)行了庫(kù)侖+粘性摩擦模型參數(shù)辨識(shí)的實(shí)驗(yàn)研究。設(shè)計(jì)搭建了X-Y運(yùn)動(dòng)平臺(tái)實(shí)驗(yàn)裝置，對(duì)

6、其運(yùn)動(dòng)副中的摩擦建立了LuGre摩擦模型，并針對(duì)摩擦參數(shù)辨識(shí)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。驗(yàn)證了摩擦參數(shù)辨識(shí)方法的可行性和有效性，為相關(guān)的摩擦研究提供了實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。 (8)以?xún)勺杂啥葯C(jī)械手為研究對(duì)象，進(jìn)行了基于庫(kù)侖摩擦和LuGre摩擦模型的分解加速度控制研究。設(shè)計(jì)了基于LuGre摩擦模型的摩擦觀測(cè)器，仿真結(jié)果表明了LuGre模型觀測(cè)器的正確性。通過(guò)對(duì)末端執(zhí)行器軌跡的跟蹤比較，得出了基于LuGre摩擦模型的控制補(bǔ)償對(duì)理論軌跡的逼近程度要好于基于庫(kù)