大型裝備質(zhì)量特性參數(shù)測量關(guān)鍵技術(shù)研究及系統(tǒng)研發(fā).pdf

1、質(zhì)量特性參數(shù)是眾多工程領(lǐng)域緊密關(guān)注的重要參數(shù)。試驗測量方法是獲取質(zhì)量特性參數(shù)不可或缺的重要方法。利用質(zhì)量特性測量試驗設(shè)備測出物體的質(zhì)量、質(zhì)心、轉(zhuǎn)動慣量等質(zhì)量特性參數(shù)，在工程領(lǐng)域具有重要的意義。在實際測量中，試驗測量往往存在以下問題：多次裝卸無法保證統(tǒng)一的測量基準；運動副摩擦力矩對測量產(chǎn)生較大干擾；載物平臺和支撐系統(tǒng)產(chǎn)生較大的彈性變形；多個傳感器之間相互耦合影響測量精度等。這些問題都將導(dǎo)致較大的測量誤差。在研制測量設(shè)備過程中，消除或者控制

2、這些因素影響，對于提高測量精度具有重要的理論意義和工程價值。
　　本文根據(jù)大型裝備被測對象的結(jié)構(gòu)特點和測量需求，綜合運用多學(xué)科理論知識，分別研究了適合被測對象的測量方法，測量系統(tǒng)誤差建模和誤差分析，測量系統(tǒng)公差建模及優(yōu)化以及變形預(yù)測和誤差補償四個關(guān)鍵技術(shù)問題，并研發(fā)完成一套質(zhì)量特性參數(shù)測量系統(tǒng)。本文的主要工作如下：
　?、偬岢隽烁倪M四點法。本文在詳細推導(dǎo)三點法和四點法基礎(chǔ)上，從多稱重傳感器布局和受力角度，提出了改進四點法。改

3、進四點法具有兩個優(yōu)點：第一，直接接觸測量，能夠避免間接測量支撐 V型塊的影響；第二，四枚稱重傳感器實現(xiàn)獨立測量，避免傳感器之間的相互耦合，影響測量準確度。
　　②利用現(xiàn)代設(shè)計方法完成了基于改進四點法的測量系統(tǒng)三維建模。本文把質(zhì)量特性測量系統(tǒng)分成三個子系統(tǒng)—機械結(jié)構(gòu)子系統(tǒng)、控制子系統(tǒng)和計量子系統(tǒng)，并基于改進四點法原理，采用虛擬設(shè)計和三維建模等現(xiàn)代設(shè)計方法完成了測量系統(tǒng)模型，并優(yōu)化計算了被測對象的支撐距離。建立了測量系統(tǒng)誤差模型。本文

4、根據(jù)多體系統(tǒng)動力學(xué)建模理論，建立了機械結(jié)構(gòu)子系統(tǒng)的誤差模型。模型顯示，系統(tǒng)誤差包含兩部分，第一部分是在運動副位置產(chǎn)生，與運動變量相關(guān)的誤差，第二部分是構(gòu)件加工制造對應(yīng)的誤差。
　　③完成了測量系統(tǒng)主要零部件的公差建模，采用基于不動點理論的改進遺傳算法對零部件公差進行了優(yōu)化設(shè)計。本文按照誤差防止法，在零部件設(shè)計階段對誤差進行控制，對系統(tǒng)運動鏈上的尺寸公差、形位公差和組件誤差進行了建模。將不動點理論和遺傳算法相融合，限制遺傳算法的隨機

5、性，保證算法種群的多樣性，設(shè)計客觀的收斂判斷準則，對零部件的公差進行了優(yōu)化設(shè)計。
　　④根據(jù)有限元理論，對稱重傳感器組件模型進行有限元分析，獲得不同作用點在不同作用力下的變形大小。通過有限元理論分析，獲得作用載荷和對應(yīng)的變形量值，為研究軟補償方法提供分析對象和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。提出了自適應(yīng)確定隱層結(jié)點的改進人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。本文從自適應(yīng)產(chǎn)生隱層結(jié)點個數(shù)角度對人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進行改進，并用該改進網(wǎng)絡(luò)對稱重傳感器組件變形量進行預(yù)測，用于確定稱重傳感器

6、組件形變誤差的補償量，提高系統(tǒng)測量精度。
　　⑤研制了一套質(zhì)量特性參數(shù)測量系統(tǒng)。根據(jù)誤差分析和優(yōu)化設(shè)計結(jié)果，設(shè)計零部件的詳細結(jié)構(gòu)，采用合適的加工方法和制造工藝，制造完成了機械結(jié)構(gòu)子系統(tǒng)。通過PLC控制系統(tǒng)，實現(xiàn)對機械結(jié)構(gòu)子系統(tǒng)的兩路運動鏈的伺服控制。由稱重傳感器，光柵尺位移傳感器和上位機構(gòu)成的計量子系統(tǒng)功能設(shè)計、信號采集和串口通信等，并在Visual studio環(huán)境下，設(shè)計完成了測量軟件系統(tǒng)。針對質(zhì)量特性測量系統(tǒng)設(shè)計了現(xiàn)場標定方