冲击激励下加速度计动态建模及辨识方法的研究
加速度计动态特性直接影响着加速度计应用设备或系统的动态性能。在加速度计动态特性研究中，由于缺乏全面地描述加速度计动态特性的动态模型及参数辨识方法，制约着加速度计应用装置、仪器设备以及控制系统测量精度和动态性能的提高。机械冲击具有脉冲宽度窄、频率范围宽等特点，能够激发加速度计高频动态响应，是在更宽频率范围研究加速度计动态特性的一种典型激励信号。因此，在冲击激励下研究加速度计动态建模及参数辨识方法，全面准确描述加速度计动态特性，具有重要的理论意义和应用价值。 本文在详细分析现有加速度计动态建模及参数辨识方法研究现状基础上，对冲击激励下加速度计动态建模及辨识方法进行研究。研究了冲击激励下加速度计动态建模影响因素;给出了现有加速度计动态模型参数估计误差;提出了一种加速度计混合结构动态建模方法，建立的混合结构动态模型能够较全面表征加速度计动态特性，为加速度计动态建模的研究提供了新的途径。 提出了一种基于二代小波插值改进的经验模态分解(SGWI-EMD)和平均固有模态函数(aIMF)的加速度计输出信号降噪方法，利用二代小波插值提高信号极值点定位精度，进而提高EMD结果准确度，并将谱峭度(SK)作为阈值准则，通过迭代的方式从aIMF中分离出噪声，与传统的线性滤波方法或基于小波变换的降噪方法相比，能够有效降低冲击激励下加速度计输出信号噪声，为降低冲击激励下噪声对加速度计动态模型参数辨识精度的影响提供了一种有效方法。 为了进一步提高加速度计动态模型参数辨识精度，降低加速度计频率响应函数(FRF)估计误差，给出一种基于离散频谱校正和Hv(DSC-Hv)的加速度计FRF估计方法，在原始数据长度一定的前提下，能够提高频率分辨率，降低栅栏效应和测量噪声对加速度计FRF估计的影响;在此基础上，针对测量通道延迟失配，将延迟环节引入加速度计动态模型，给出了一种基于延迟时间修正和最小二乘(DTC-LS)的加速度计动态测量延迟时间估计方法，能够准确估计加速度计动态测量延迟失配产生的延迟时间;进一步考虑非线性影响，提出了一种基于加权最小二乘和支持向量机(WLS-SVM)的加速度计动态模型参数辨识方法，有效提高了非线性影响下的加速度计动态模型参数辨识精度，且算法简单，数值稳定性好，增强了抗噪性能和对未建模误差干扰的鲁棒性。 基于虚拟仪器技术，建立了一套加速度计动态模型参数辨识系统，能够产生高于50kHz的窄脉冲冲击激励;分析了系统软件体系结构;将基于文件的模块化软件集成框架与混合编程技术有机结合，完成了加速度计动态模型参数辨识软件，能够脱离MATLAB和LabVIEW环境运行，可独立安装，通用性较强，为传感器动态测试仪器系统的开发做了积极的探索，工程应用价值较高。 利用所建立的加速度计动态模型参数辨识系统进行加速度计冲击激励校准实验，对所提出的方法进行实验验证。实验表明，所提出的加速度计动态建模及辨识方法正确可行，具有较高的加速度计动态模型参数辨识精度，极大地促进了加速度计动态建模及辨识方法的工程化应用。 本文所提出的加速度计混合结构动态建模方法能够较全面地描述加速度计动态特性，为加速度计动态建模提供了新的途径;所提出的加速度计动态模型参数辨识方法，能够降低测量噪声、测量通道延迟失配以及非线性对加速度计动态模型参数辨识的影响，具有较高的参数辨识精度，研究成果在加速度计动态校准领域有着广阔的应用前景。
加速度计;动态特性;冲击激励;参数辨识;经验模态分解
北京化工大学
博士
控制科学与工程
王建林
2018
中文
TH824.4
2023-07-10（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）