动支撑情况下应变式力传感器动态补偿方法与噪声处理问题研究

来源 :合肥工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:suanqing
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随着工业生产要求的不断提高与科学实验研究的迫切需要,对各种场合下的动态力测量提出了更高的要求,这就要求所使用的力传感器具有良好的动态特性。然而最常使用的应变式力传感器动态响应速度慢、超调量大,无法满足动态测试的要求。而且在实际使用中,应变式力传感器经常需要在一定的工装条件下工作,这些工装条件同样会影响传感器的动态特性。面对这些问题,本文主要分析了应变式力传感器的动态特性,并探索了工装条件对力传感器动态特性的影响,然后就现有动态校正方法在应用中存在的问题进行了研究,提出了新的动态校正方法。在最后就力传感器瞬态响应中的工频干扰抑制问题,提出了新的工频干扰抑制方法。在动态补偿方面,本文提出了一种新的“传感器特性补偿+支撑端惯性补偿”的组合动态补偿方法,以解决现有方法在面对力传感器工装条件(支撑机构)发生改变时无法有效去除传感器输出信号中的由力传感器自身动态特性引起的动态误差和由支撑机构运动带来的惯性误差问题。首先,利用力传感器动态标定实验数据通过系统辨识法得到数字补偿器,使用该补偿器对力传感器进行自身动态特性补偿,以去除传感器输出信号中由传感器自身动态特性带来的动态误差;再通过安装在支撑机构上的加速度传感器测得的加速度信号来对力传感器输出信号中的由于支撑机构运动带来的惯性误差进行补偿。本文研究了“支撑机构+力传感器”模型在不同支撑机构、不同运动情况下的弹簧振子模型,通过理论推导证明所提方法的合理性,并针对刚性支撑受控运动和弹性支撑随传感器运动两种情况进行了仿真研究以验证其有效性。最后,以动支撑情况下的ATI Mini45力传感器为例,验证了上述动态补偿方法的实际有效性。经该方法补偿后,传感器输出信号的超调量由补偿前的90%以上降低到13%以下,调节时间由补偿前的1600ms以上减小到20ms左右。另外,本文还针对力传感器瞬态响应中的工频干扰抑制问题,提出一种联合迭代ICA与LEVKOV法的工频干扰抑制方法。其基本思路为先通过循环迭代构造工频干扰参考信号来使用ICA法减小瞬态响应中频率游动的工频干扰,再利用LEVKOV法对工频及其谐波干扰进行进一步的消除,从而提高对传感器瞬态响应中工频干扰的滤波效果。并且针对力传感器的实际瞬态响应中的工频干扰抑制结果也表明,经滤波后,瞬态响应中的工频干扰以及150Hz、250Hz、350Hz和450Hz的谐波干扰均得到有效抑制。
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