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《西安理工大学》 2007年
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构件阻尼和运动副摩擦参数辨识的理论与实验研究

吴子英  
【摘要】: 构件阻尼和运动副摩擦作为机械系统中耗散力的主要来源,对机械系统的减振降噪中起着重要作用,对这两方面的分析准确与否都会对机械系统的动力学仿真以及控制的效果产生直接的影响。本论文从机械系统中的构件阻尼和运动副摩擦的辨识入手,研究了机械系统中两种耗能元件的参数辨识方法。具体研究工作如下。 (1)在时不变参数模型法辨识定常阻尼的基础上,引入信号处理中的矩形窗理论,提出了计算非线性阻尼的移动自回归模型法、移动指数法和移动Prony法。根据多次仿真及实验,给出了矩形窗长度选择的经验值,为三种方法更好地描述非线性阻尼关系曲线提供了保证。数值仿真中分析了三种方法的识别精度受白噪声影响的程度,仿真结果表明三种方法均能有效地识别阻尼合金的非线性阻尼。 (2)将阻尼考虑为时变参数,在自回归模型法和Prony法的基础上,根据时变参数模型辨识理论,提出了辨识非线性阻尼的时变AR法和时变Prony法。分析了不同基函数对非线性阻尼辨识精度的影响,给出了基函数维数选择的标准。 (3)首次将时频分析理论引入到非线性阻尼的辨识中来,提出了计算非线性阻尼的分段线性化的小波分析法和分段线性化的短时傅立叶变换法。仿真结果表明分段线性化的时频分析理论可以用在非线性阻尼辨识中,分段线性化的小波变换的参数估计精度要高于分段线性化的短时傅立叶变换。 (4)开发了辨识阻尼合金材料非线性阻尼的实验装置。以铝基和锌基两种阻尼合金为研究对象,设计并制作了非均匀应力场试件和准均匀应力场试件。分别采用自由响应法和正弦扫频激励法进行测试,利用本文提出的各种算法得出了两种阻尼合金的损耗因子——应变和损耗因子——频率的非线性关系曲线,得出的准均匀应力场下的非线性阻尼值更具合理性,为该合金的工程应用提供了实验支持。 (5)针对单自由度系统中阻尼和摩擦的参数辨识,引入移动矩形窗理论,提出了可以从自由响应曲线中同时辨识非线性阻尼和库仑摩擦的移动矩形窗法。通过对一个具有非线性阻尼和库仑摩擦的单自由度振动系统的数值仿真,得到了令人满意的结果。 (6)以库仑+粘性静态摩擦模型为研究对象,从时域和频域角度提出了摩擦模型的参数辨识理论及算法。以LuGre动态摩擦模型为研究对象,采用变尺度法和非线性最小二乘法辨识出了该模型的静态摩擦参数。为了简化动态摩擦参数的辨识难度,将粘着状态下的摩擦力与预滑动位移的关系线性化处理,提出了动态摩擦参数的辨识方法。 (7)设计搭建了单自由度回转机械系统运动副摩擦参数辨识实验装置,进行了库仑+粘性摩擦模型参数辨识的实验研究。设计搭建了X—Y运动平台实验装置,对其运动副中的摩擦建立了LuGre摩擦模型,并针对摩擦参数辨识进行了实验研究。验证了摩擦参数辨识方法的可行性和有效性,为相关的摩擦研究提供了实验基础。 (8)以两自由度机械手为研究对象,进行了基于库仑摩擦和LuGre摩擦模型的分解加速度控制研究。设计了基于LuGre摩擦模型的摩擦观测器,仿真结果表明了LuGre模型观测器的正确性。通过对末端执行器轨迹的跟踪比较,得出了基于LuGre摩擦模型的控制补偿对理论轨迹的逼近程度要好于基于库仑摩擦模型的结论。
【学位授予单位】:西安理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:TB535

【引证文献】
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1 杨静;伺服系统的参数辨识[D];西安电子科技大学;2010年
【参考文献】
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【同被引文献】
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