[发明专利]一种基于振动性能分析评估惯性器件精度的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于振动性能分析评估惯性器件精度的方法，尤其涉及一种通过振动频谱分析，直观评估系统内部组成和工作性能的微观状态的方法，可用于惯性器件的工作精度寿命和贮存寿命的评估。本发明适用于任何含有振动激励的系统精度评估，属于惯性器件技术领域。

背景技术

惯性器件属于复杂的机电系统，其性能的优劣取决于其上的各组成的精度。对其性能的判定，现有型号采用的误差模型，主要从与输入线加速度、角位置或角速率等相关物理量相关的误差项入手，建立的各结构组成工程使用误差模型。优点是：简单、易操作、实用性强。缺点是判据单一，没有考虑各结构组成在系统内部形成的结构模态参数耦合相关性对结构组成性能的影响，尤其是当惯性器件内部存在振动源时，其产生的线振动加速度、振动角加速度均会对惯性器件上的陀螺仪、加速度计形成振动干扰力矩，由于各结构频谱的重叠，甚至出现各结构模态参数耦合放大，形成共振区域，引起内部局部共振，产生振动误差。由于是微量级振动(约0.001g～0.01g)，容易忽略，且无法完全隔离，而现有技术对惯性器件工作精度的标定，是在敏感地速和重力加速度的状态下进行的，微振动对惯性器件输出精度的影响，无法在精度标定中准确标定，还会出现不同测试环境下输出一致性差的问题，经常是等到振动误差累积到一定程度，才能从现有测试方法检测出，微振动引起的精度损失早期不易发现，使惯性器件精度寿命预估和预判存在一定不确定性。

其实只要内部存在振动源，惯性器件各结构组成间耦合精度关系，都可以直观地在其振动全频谱的能量传递中有所体现，现在急需一种方法解决复杂机电系统长期存在的由于结构组成振动耦合带来的精度损失不易评价和检测的难题，从而实现惯性器件全环境工作精度的测试覆盖性和量化判定，提高惯性器件的精度，实现惯性器件工作精度和精度寿命的预估。

发明内容

本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种基于振动性能分析评估惯性器件精度的方法，本发明通过检测信息丰富的振动频谱信号，并进行相关振动性能和耦合关系的分析，直接形成对惯性器件这类复杂系统工作性能微观状态的直观评估，解决了惯性器件工作精度的判定和分析。

本发明的技术解决方案：

一种基于振动性能分析评估惯性器件精度的方法包括步骤如下：

(1)对惯性器件内部振动源的振动激励引起的物理特性进行振动性能分析；所述的物理特性指振动加速度和振动角加速度具体分析方式如下：

线振动加速度

其中：m为引起振动激励的部件的不平衡质量；M为系统受迫振动质量；C为系统受迫线振动结构的阻尼系数；K为弹性刚度；x、分别为振动位移、速度、加速度，F为振动激励，e为不平衡偏距，ω为不平衡质量的旋转频率，为初始相位角；

线振动加速度包含不同振动频率f_i的振动加速度合量，即表示为：

其中：为振动频率为f_i时的线振动加速度幅值，i表示固有频率的个数，取正整数；

振动角加速度

其中：m为引起振动激励的部件的不平衡质量；J为系统受迫振动质量的转动惯量；δ为系统受迫角振动结构的阻尼系数；K为弹性刚度；α、分别为振动角度、角速度、角加速度，M_扭矩为不平衡扭矩激励，ω为不平衡质量的旋转频率，r为扭矩的工作半径；

扭矩引起的振动角速度包含不同振动频率f_i的振动角速度的合量，即表示为：

其中为振动频率为f_i时的振动角速度幅值；

(2)根据步骤(1)得到的线振动加速度振动角加速度和振动角速度建立受此振动激励影响的惯性器件的关键部件陀螺仪和加速度计的误差模型；

(3)对惯性器件的关键结构陀螺仪和加速度计，进行有限元仿真、静态模态和工作模态试验，得到结构模态[f_i]，并选取与线振动加速度相关的结构模态[f_i]，其中f_i分别为模态频率；