复杂不规则结构物体转动惯量的辨识方法

摘要

复杂不规则结构物体转动惯量的辨识方法属于物体转动惯量测量及自动辨识技术应用领域，其特征在于它用装在刚性梁上的四根弹簧对称地支撑在被测物底面，在弹簧内侧处同样对称于被测物装上四个电磁铁，再在垂直于各电磁铁的被测物上方固定四个位移传感器，然后再把电磁铁依次和压控电流源和DSP相连接；只要把激励信号输入DSP，使它两次输出四个能分别对应于X、Y轴扭摆的电压，便能用公知的自动辨识技术估计被测物和电磁铁分别共同绕X、Y轴的转动惯量，再从中减去电磁铁的转动惯量便可获得被测物的转动惯量。它具有适应性强、方法简单及辨识精度高的优点。

主权项

1.复杂不规则结构物体转动惯量的辨识方法，其特征在于，它依次含有以下步骤：(1)在靠近被测物体边缘处，用4根倔强系数k相同的弹簧把被测物支撑在刚性梁梁架上，支撑点要对被测物的中心对称；(2)在分别对应于上述4根弹簧的内侧处，在被测物的下方，连接并安装上4个电磁常数K相同的电磁铁，电磁铁的安装位置要对被测物的中心对称而且要低于上述刚性梁梁架，在被测物的上方相应于4个电磁铁纵向的位置上固定安装4个相同的位移传感器；(3)分别测量各电磁铁之间的距离L和B，测量各弹簧支撑点之间的距离l和b；(4)依次电连接DSP、市售压控电流源和电磁铁，再把上述各参数k，K，L，B，l，b，和电磁铁的质量m、常数c存储到PC机中：(5)设定包括电磁铁在内的物体的初始位置，记录此时电磁铁和刚性梁梁架间的间隙z0 并存储到PC机中；(6)调节DSP的输出信号u0，使物体处于步骤(5)设定的初始位置，并测量此时电磁铁的线圈电流j＝cu0；(7)把事先设计好的一个数据长度确定的辨识激励信号U输入DSP，利用和DSP配套的仿真器，用公知的方法对DSP编程使DSP的4个输出信号u1，u2，u3，u4满足u1＝u2＝-u3＝-u4＝U；设定输出频率和采样周期，记录这段时间内位移传感器的输出并把它存入PC机；(8)PC机根据输入的电压信号u1和位移传感器的测量数据用最小二乘法得到输入、输出之间的传递函数G1(s)：$G_1\left(s\right)=\frac{{\hat{z}}_1\left(s\right)}{u_1\left(s\right)}=\frac{l^{2}s}{(I_y{s}^2-l^2\frac{2j^{2}K}{z_0^3}+L^{2}k)\frac{2\mathrm{jK}}{z_0^2}c},$ 其中Iy为被测物和电磁铁共同绕Y轴的转动惯量；PC机通过bode命令画出的Bode图使可找到二阶共振频率ω1所对应的极点，再通过离散一连续时间模型的转化得到ω1；PC机再通过下式计算得到Iy：$I_y=(L^{2}k-l^2\frac{2j^{2}K}{z_0^3})/{\omega }_1^2;$ (9)再利用和DSP配套的仿真器对DSP编程，使DSP的4个输出u1，u2，u3，u4满足u1＝-u2＝-u3＝u4＝U，记录此时位移传感器的输出存入PC机中；(10)PC机根据输入的电压信号u1和位移传感器的测量数据用最小二乘法得到输入、输出之间的传递函数G2(s)：$G_2\left(s\right)=\frac{{\hat{z}}_1\left(s\right)}{u_1\left(s\right)}=\frac{b^{2}s}{(I_x{s}^2-b^2\frac{2j^{2}K}{z_0^3}+B^{2}k)\frac{2\mathrm{jK}}{z_0^2}c},$ 其中Ix为被测物和电磁铁共同绕X轴的转动惯量；PC机用步骤(8)所述的方法得到二阶共振频率ω2；PC机再通过下式计算得到Ix：$I_x=(B^{2}k-b^2\frac{2j^{2}K}{z_0^3})/{\omega }_2^2$ (11)PC机再根据下式计算得到被测物绕X轴的转动惯量Ixx以及绕Y轴的转动惯量Iyy： Ixx＝Ix-mb2，Iyy＝Iy-ml2。