041]
[0042] (2)根据非线性流体惯容器力学输出的解析表达式，在不同工况下对流体惯容器 进行力学性能试验。W获取模型参数求解所必须的力学信号输出、激励速度信号。力学信号 输出由激振头的力传感器获得，激励输入速度信号由对激励输入位移信号求导获得。
[0043] 具体试验工况如下：
[0044] 工况1:输入端的输入位移为Ξ角波形输入，振幅为Ai，激振频率为f 1;
[0045] 工况2:输入端的输入位移为Ξ角波形输入，振幅为A2，激振频率为f2;
[0046] 工况3:输入端的输入位移为Ξ角波形输入，振幅为A3，激振频率为f3;
[0047] 其中，等式Ai = A2=A3与fl = f2 = f3不同时成立。
[004引为方便数据计算及采集，本实施例选取的振幅Ai、A2与A3均为为0.1Hz，f2为 0.2Hz，f3为0.3Hz。
[0049] 如图3所示为工况1下的位移输入曲线。
[0050] (3)通过力传感器采集各工况下的力学信号输出，并通过加权处理获取其输出力 幅值的均值信号。
[0051] 试验装置中的激振头通过自带的力传感器采集到上述Ξ种工况下的输出力信号。 分析可知，在每1/4周期内，激励位移均是匀速变化，因此，其加速度为0,且速度大小恒定。
[0052] 如图4所示为工况1下的力学输出曲线，可W看出，所试验的工况下力学信号输出 均为大小恒定的信号。为获取较为准确的模型参数，此处对采集到的输出力幅值进行均值 处理，得到上述工况下的输出力信号为:Fi = 416.013N，F2 = 432.051Nj3 = 448.114N。
[0053] (4)通过分析求解激励输入位移信号，求取各工况下激励输入速度信号。
[0054] 由于所采用的位移激励为Ξ角波输入，因此其速度大小恒定，其幅值可对激励输 入位移信号求导得出，各工况下的速度值为VI = 0.004m/s，V2 = 0.008m/s，V3 = 0.012m/s。
[0055] (5)依据非线性流体惯容器力学输出的解析表达式，建立包含待求解的非线性模 型参数、力学信号输出和激励输入速度信号的模型参数关系矩阵，对非线性模型参数矩阵 进行求解。
[0056] 所述模型参数关系矩阵为：
[0057] AX=F
[0058] 其中，A为计算得到的速度矩阵：
[0化9]
[0060] X为待求解的参数矩阵：
[0061] X=[f。C2]
[0062] F为采集到的力信号矩阵：
[0063] f=[Fi F2 的]
[0064] 将所采集及计算得到的数据代入求得，f = 400，Ci = 781，C2 = 4000。
[0065] 为验证所得的非线性模型参数的有效性，图5给出了振幅为20mm，正弦激励0.5Hz 下仿真与试验的对照图，从图可W看出，试验数据与仿真吻合良好，说明流体惯容器的非线 性模型参数较为准确。
[0066] 本发明解决了流体惯容器非线性模型难W精确建立的难题，为进一步探索惯容器 的动力学特性奠定了基础。
[0067] 所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不 背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换 或变型均属于本发明的保护范围。
【主权项】
1. 一种流体惯容器的非线性模型及其参数确定方法，其特征在于，包括以下步骤： 步骤1，基于对流体惯容器的力学性能输出影响机理的分析，首先建立流体惯容器的非 线性模型，所述流体惯容器的非线性模型包括摩擦力模型、阻尼力模型和惯性力模型，所述 三种力学模型的关系为并联连接； 步骤2,根据非线性流体惯容器力学输出的解析表达式，在不同工况下对流体惯容器进 行力学性能试验，以获取模型参数求解所必须的力学信号输出、激励输入位移信号； 步骤3,通过力传感器采集各工况下的力学信号输出，并通过加权处理获取其输出力幅 值的均值信号;通过分析求解的激励输入位移信号求取各工况下激励输入速度信号； 步骤4，依据非线性流体惯容器力学输出的解析表达式，建立包含待求解的非线性模型 参数、力学信号输出和激励输入速度信号的模型参数关系矩阵，对非线性模型参数矩阵进 行求解。2. 根据权利要求1所述的一种流体惯容器的非线性模型及其参数确定方法，其特征在 于，所述摩擦力模型为库仑摩擦模型，具体为f = fosign(v)，式中，为摩擦力的幅值，其大 小为定值;sign (v)为符号函数，v为流体惯容器两端点的相对速度，当v >0时，其值为-1，当 v<0时，其值为1，当v = 0时，其值为0。3. 根据权利要求1所述的一种流体惯容器的非线性模型及其参数确定方法，其特征在 于，所述阻尼力模型为非线性阻尼力模型，主要源自于流体的寄生阻尼力与流经管道与管 道口的压力损失，其大小可用式F c = C1V2+C2V表示，方向始终与速度方向相反，v为流体惯容 器两端点的相对速度，&为速度平方项的阻尼系数，&为速度项的阻尼系数。4. 根据权利要求1所述的一种流体惯容器的非线性模型及其参数确定方法，其特征在 于，所述惯性力模型为理想的线性惯容器模型，具体为:F b = ba，b为惯质系数，可由结构设 计参数计算获得。5. 根据权利要求1所述的一种流体惯容器的非线性模型及其参数确定方法，其特征在 于，所述步骤2包含三种不同的试验工况，具体为：工况1:输入端的输入位移为三角波形输 入，振幅为六:，激振频率为f 1;工况2:输入端的输入位移为三角波形输入，振幅为A2,激振频 率为f2 ;工况3:输入端的输入位移为三角波形输入，振幅为A3，激振频率为f3。其中，等式Αι =八2 =六3与；^1 = €2 = €3不同时成立。6. 根据权利要求1所述的一种流体惯容器的非线性模型及其参数确定方法，其特征在 于，所述步骤3中的力学信号输出由激振头自带的力传感器获得，并对其进行求均值处理。7. 根据权利要求1所述的一种流体惯容器的非线性模型及其参数确定方法，其特征在 于，所述步骤4中所建立的模型参数关系矩阵为： AX = F 其中，A为计算得到速度信号组成的矩阵： X为待求解的参数矩阵：X=[f Cl C2] F为采集到的力信号矩阵： F=[Fi F2 F3]〇
【专利摘要】本发明公开了一种流体惯容器的非线性模型及其参数确定方法，所述流体惯容器的非线性动力学模型包括摩擦力模型，非线性阻尼力模型和惯性力模型。其非线性模型参数的确定方法包括以下步骤：建立非线性流体惯容器的动力学模型；在不同工况下对流体惯容器进行力学性能试验；采集各工况下的力学输出幅值信号，获取其输出力幅值的均值信号；计算各工况下激励输入的速度信号；建立模型参数关系矩阵，对参数矩阵进行求解。本发明提供了一种流体惯容器的非线性模型及其参数确定方法，有利于准确掌握流体惯容器的动力学特性。
【IPC分类】G06F17/50
【公开号】CN105447262
【申请号】CN201510923772
【发明人】沈钰杰, 陈龙, 刘雁玲, 蔡英凤, 杨晓峰
【申请人】江苏大学
【公开日】2016年3月30日
【申请日】2015年12月14日