平板式压电六维力传感器静/动态标定的虚拟仪器系统研究

【摘要】：六维力传感器能够测量三维空间的力和力矩，随着传感技术的不断发展，六维力传感器已广泛应用于工业生产与国防科技等多个领域。六维力传感器在使用前需要进行标定，随着传感器标定对数据采集和信号处理的要求不断提高，研究基于虚拟仪器的静动态标定系统，对提高六维力传感器的标定效率和精度，实现传感器的标定自动化都具有重要意义。 本文研究了一种平板式压电六维力传感器的静动态标定方法，设计了基于虚拟仪器的静动态标定软件，能够采集处理标定实验数据，获得六维力传感器的静动态性能指标。 本文主要的研究工作包括： ①介绍了一种新型结构的压电六维力传感器，并分析了该传感器的测量原理。 ②研究了平板式压电六维力传感器的静动态标定方法，对传感器六个方向施加线性无关的作用力进行静态标定，采用最小二乘法计算传感器的标定矩阵及其它静态性能指标；利用阶跃响应法对传感器进行动态标定，采用系统辨识法求取传感器的动态差分方程数学模型，并由获得的数学模型计算传感器的动态性能指标。 ③在虚拟仪器平台下，采用LabVIEW和MATLAB混合编程，设计了六维力传感器的静动态标定软件，能够进行数据采集和信号分析，获得六维力传感器的静动态性能指标。 ④搭建六维力传感器的标定实验平台，测试了标定软件的程序功能，处理结果达到预期目的。最后分析了标定系统的误差。 本文设计的基于虚拟仪器的标定系统能够对一种平板式压电六维力传感器进行静动态标定，具有实用性强、成本低等特点。标定软件可灵活修改，用于多种六维力传感器的静动态标定。