一种电动执行机构测试系统温度漂移补偿方法与流程

本发明涉及电动执行机构，尤其涉及电动执行机构测试系统温度的漂移补偿方法。
背景技术：
：电阻应变拉压式负荷传感器广泛应用于电动执行机构测试系统作为输出转矩的测试仪器。大多数传感器的敏感元件采用金属或半导体材料，其静特性与环境温度有着密切的联系。实际工作中由于传感器的工作环境温度变化较大，又由于温度变化引起的热输出较大，将会带来较大的测量误差。同时，温度变化也影响零点和灵敏度值的大小，继而影响到传感器的静特性，所以必须采取措施以减小或消除温度变化带来的影响，即必须进行温度补偿。技术实现要素：本发明针对以上问题，提供了一种方便测量、精确补偿的电动执行机构测试系统温度漂移补偿方法。本发明的技术方案是：包括以下步骤：S1、由测试系统转矩输入-输出特性直线，根据转矩量程范围，对测试系统转矩测量区间进行平均分段，获得各分段子区间点；S2、根据划分的测试子区间，逐段区间进行校准，计算各分段子区间点分别与标准仪器显示的差值；S3、选用温度传感器，实时测量测试系统工作时的环境温度；S4、根据测试系统所使用的温度传感器的转矩-温度特性数值，综合逐段区间的差值，两者之间叠加计算得出逐段子区间补偿修正后的数值，从而得出逐段测量区间经过补偿和修正后的转矩输入-输出特性直线；S5、分别建立温度补偿修正前后的转矩输入-输出特性曲线模型，两者进行对比，最终得出补偿结果。所述标准仪器为力矩扳手、用于测量测试系统的转矩数值。S4中，温度传感器的转矩-温度特性数值为温度每变化10℃，转矩变化占传感器全量程的百分数。S4中，逐段测量区间经过补偿和修正后的转矩输入-输出特性直线包括若干直线、呈折线状。本发明由测试系统转矩输入-输出特性直线y＝kx+b，根据转矩量程范围，对测试系统转矩测量区间进行平均分段；根据划分的测试子区间，逐段区间进行校准，分别得出与标准仪器显示的差值；选用温度传感器，实时测量测试系统工作时的环境温度；根据测试系统所使用的传感器的转矩-温度特性(温度每变化10℃，转矩变化占传感器全量程的百分数)，综合逐段区间的差值，两者之间叠加计算得出逐段子区间补偿修正后的数值，从而得出逐段测量区间经过补偿和修正后的转矩输入-输出特性直线y＝knx+bn。最后，分别建立温度补偿修正前后的转矩输入-输出特性曲线模型，两者进行对比，最终得出补偿结果。本方法对电动执行机构测试系统实现了精确的温度漂移补偿，测试结果准确可靠。附图说明图1是本发明的结构示意图，图2是本发明实施例一的补偿曲线图一，图3是本发明实施例一的补偿曲线图二，图4是本发明实施例二的补偿曲线图一，图5是本发明实施例二的补偿曲线图二，图6是本发明实施例三的补偿曲线图一，图7是本发明实施例三的补偿曲线图二；其中，P1：第一分段子区间点，P2：第二分段子区间点，P3：第三分段子区间点，P4：第四分段子区间点，P5：第五分段子区间点，P6：第六分段子区间点，P7：第七分段子区间点，P8：第八分段子区间点，P9：第九分段子区间点，P10：第十分段子区间点，第一分段子区间点与标准仪器显示的差值；第二分段子区间点与标准仪器显示的差值；第三分段子区间点与标准仪器显示的差值；第四分段子区间点与标准仪器显示的差值；第五分段子区间点与标准仪器显示的差值；第六分段子区间点与标准仪器显示的差值；第七分段子区间点与标准仪器显示的差值；第八分段子区间点与标准仪器显示的差值；第九分段子区间点与标准仪器显示的差值；第十分段子区间点与标准仪器显示的差值；测试系统转矩输入-输出特性直线：y＝kx+b，逐段测量区间经过补偿和修正后的转矩输入-输出特性直线y＝knx+bn。具体实施方式本发明如图1-7所示，包括以下步骤：S1、由测试系统转矩输入-输出特性直线，根据转矩量程范围，对测试系统转矩测量区间进行平均分段，获得各分段子区间点；在实际工作中，为使仪表具有均匀刻度的读数，常用一条拟合直线近似地代表实际传感器的特性曲线。在进行传感器特性曲线拟合时，若传感器测量范围较宽，采用一段拟合将带来较大误差。本发明采用分段拟合的方法，以确保传感器的测量精度。S2、根据划分的测试子区间，逐段区间进行校准，计算各分段子区间点分别与标准仪器显示的差值；标准仪器为标准力矩扳手或者显示仪表(根据量程不同)。显示的是测试系统的转矩数值，作为标准数值。S3、选用温度传感器，实时测量测试系统工作时的环境温度；S4、根据测试系统所使用的温度传感器的转矩-温度特性(温度每变化10℃，转矩变化占传感器全量程的百分数)，电子元器件通常都有一定的温度系数，其输出信号会随温度变化而漂移，称为“温漂”，温度补偿为了减小温漂，采用一些补偿措施在一定程度上抵消或减小其输出的温漂。传感器广泛应用于各种工农业生产实践中，一切科学研究和生产过程要获取信息都要通过其转换为易传输与处理的电信号，但大多数传感器的敏感元件采用金属或半导体材料，其静特性与环境温度有着密切的联系。实际工作中由于传感器的工作环境温度变化较大，又由于温度变化引起的热输出较大，将会带来较大的测量误差；同时，温度变化也影响零点和灵敏度值的大小，继而影响到传感器的静特性，所以必须采取措施以减少或消除温度变化带来的影响，即必须进行温度补偿。本案中，传感器温度零点变化：0.4％RO/10℃(RO为传感器额定输出)。所以必须进行温度补偿。综合逐段区间的差值，两者之间叠加计算得出逐段子区间补偿修正后的数值，从而得出逐段测量区间经过补偿和修正后的转矩输入-输出特性直线y＝knx+bn；两者叠加计算：一是测试系统所使用的传感器的转矩-温度特性(温度每变化10℃，转矩变化占传感器全量程的百分数，这里是0.4％RO/10℃，RO为传感器额定输出)数值。二是划分的各子区间，逐段区间进行校准，分别得出与标准仪器显示的差值。修正后曲线是由若干直线组成，呈折线状。S5、分别建立温度补偿修正前后的转矩输入-输出特性曲线模型，两者进行对比，最终得出补偿结果。本发明通过温度漂移补偿实现传感器测量输出转矩的准确性，温度漂移补偿通过分段、差值、温度、综合、再曲线模型对比得出补偿结果。通常采用一条拟合直线代表实际传感器的特性曲线模型，本发明中，由于传感器测量范围较宽，采用一条拟合直线将带来较大误差，必须采用分段拟合的方法。通常情况下，对传感器的特性模型拟合时可采用统一的最小二乘法算法进行拟合；本发明中分段逐条采用最小二乘法拟合，使得系统精度大大增加。最小二乘法拟合原理介绍：曲线拟合中最基本和最常用的是直线拟合。设x和y之间的函数关系为：y＝a+bx式中有两个待定参数，a代表截距，b代表斜率。对于等精度测量所得到的N组数据(xi，yi)，i＝1，2……，N，xi值被认为是准确的，所有的误差只联系着yi。下面利用最小二乘法把观测数据拟合为直线。用最小二乘法估计参数时，要求观测值yi的偏差的加权平方和为最小。对于等精度观测值的直线拟合来说，可使下式的值最小：上式分别对a、b求偏导得：整理后得到方程组解上述方程组便可求得直线参数a和b的最佳估计值相关系数r：最小二乘法处理数据除给出a、b外，常常还给出相关系数r，r定义为其中r表示变量之间的函数关系与线性符合程度，-1≤r≤1.|r|趋向1，x，y之间线性关系好。|r|趋向0，x，y之间无线性关系。以下为计算示例：编号12345678910111213Y10.9811.1312.518.409.278.736.368.507.829.148.2412.1911.88X35.329.730.858.861.471.374.476.670.757.546.428.928.1编号141516171819202122232425Y9.5710.949.5810.098.116.838.887.688.478.8610.3811.08X39.146.848.559.370.070.074.572.158.144.633.428.6计算：∑yi＝235.62∑xi＝1314.9∑xiyi＝11821.25代入上面推导出来的计算公式可得：a＝13.6284394650024b＝-0.0799231779033084本例中，传感器的特性模型拟合时采用以上最小二乘法算法进行拟合，分段区间采用最小二乘法拟合。如示例所示，x值为传感器输出的信号，y值为对应输出信号的转矩数值。本发明增加温度因素进行计算和综合时，在不同温度下，既要根据实际传感器的温度系数，同时也必须通过试验验证确定在不同温度下的温度系数，确定最终温度补偿系数。通过与标准仪器校准过程中，系统的误差因素必须通过逐段标定校准，分段确定，这样保证了系统的误差在逐段范围内得以最大程度的消除。最终确定的模型既要考虑到传感器本身的误差因素，同时也要包含传感器温度的因素。因此，最终模型的建立是综合了传感器的原始模型、温度、测量误差多方面因素。本发明用于本厂F-2SA3型号电动执行机构上。电动执行机构转动方向既可以顺时针转动，也可以逆时针转动。对应测试系统，分为顺时针方向和逆时针方向。第一分段至第十分段子区间点统计使用三次样条差值方法，该种差值方法具有计算简单、差值稳定性好、收敛性有保证等特点，适用于对数据统计相关统计。对电动执行机构测试系统进行校验时，首先对测试顺时针方向进行标定；随后对测试逆时针方向进行标定，尽量消除测量误差漂移。三次样条插值函数:设有对[a,b]的部分Δ:a＝x0＜x1＜…＜xn＝b,如果函数S(x)满足下述条件：(a)S(x)∈C2[a,b],即具有连续的一阶，二阶导数。(b)S(x)在每一个小区间[xj,xj+1](j＝0,1,…,n-1)上是次数≤3多项式。设定y＝f(x)函数表(xi,f(xi)),(i＝0,1,…,n)，上式中三次样条函数S(x)还需满足插值条件S(xi)＝f(xi),(i＝0,1,…,n)，称S(x)为f(x)关于区间[a,b]三次样条插值函数。三次样条插值的计算方法：①因为在每个小区间上Si(x)是三次多项式，所以S″i(x)在每个小区间上是直线，它的表达式是其中mi,mi+1是待定参数②将它积分两次，可得因c,d时积分常数，hi＝xi+1-xi利用上式中Si(xi)＝yi和Si(xi+1)＝yi+1可确定c,d对Si(x)求其导数得到③令S′i(xi+1)＝S′i+1(xi+1),i＝0,1,...,n-2得出一个关于m0,m1,...,mn的线性方程组umi-1+2mi+λimi＝di,i＝1,2,...,n-1其中样条参数编号123456789Y11.336.124.262.922.311.661.481.531.49使用数值计算软件(MATLAB)对取样点进行三次样条插值，计算步长取0.25，插值点如下表所示。编号12345678910Y11.39.848.607.596.776.125.595.184.844.54编号31010132413421441250106918731681693207Y4.263.963.673.393.132.922.752.622.512.41编号2001272924302142651200627326827913780Y2.312.182.041.901.771.661.571.521.491.48编号30012327233831543051300639736875392410Y1.481.481.491.501.511.531.531.531.431.49将上述插值点，使用数值计算软件(MATLAB)中相关程序进行描点画图，即得上述图表。在实际应用中，S1、由测试系统转矩输入-输出特性直线y＝kx+b，根据转矩量程范围，将测试系统转矩测量区间平均分为十段，每测试区间分段点分别为P1、P2、P3、P4、P5、P6、P7、P8、P9、P10；S2、上述量程区间分段划分为十个补偿修正子区间，0到P1的子区间，P1到P2的子区间，P2到P3的子区间，P3到P4的子区间，P4到P5的子区间，P5到P6的子区间，P6到P7的子区间，P7到P8的子区间，P8到P9的子区间，P9到P10的子区间；根据划分的测试子区间，逐段区间进行校准，分段子区间点分别得出与标准仪器显示的差值S3、选用合适的温度传感器，实时测量测试系统工作时的环境温度。S4、逐段子区间内的k值与测试系统转矩输入-输出特性直线相同。根据测试系统所使用的传感器的转矩-温度特性(温度每变化10℃，转矩变化占传感器全量程的百分数)，综合上述逐段区间的差值两者之间叠加计算得出逐段子区间补偿修正后的数值b1b2b3b4b5b6b7b8b9b10。因测试系统工作时的环境温度实时处于变化中，所以各子区间补偿修正后的数值b1b2b3b4b5b6b7b8b9b10各不相同；分别建立各子区间经过补偿和修正后的转矩输入-输出特性直线y＝knx+bn。S5、根据温度补偿修正前后的转矩数值，分别建立补偿修正前后的输入-输出特性曲线模型，如图2～图7所示。在不同环境温度条件下，将补偿修正前后两者情况进行对比，最终得出补偿结果。通过上述电动执行机构测试系统温度漂移补偿方法，在测试过程中，根据量程进行分段后的各子区间，分别进行温度补偿和修正，综合考虑了电动执行机构测试系统的转矩输入特出特性与温度影响多方面的因素，使试验过程更加贴近实际情况，转矩补偿修正数值能够根据实际环境温度和情况进行调整，所得出的测试数据准确，结果稳定可靠。当前第1页1 2 3