加速度测试积分位移算法及其应用研究

振动位移的准确获取，在工程领域以及有限元分析边界条件的确定中均具有 重要的意义。但位移传感器对测试条件要求苛刻，很多情况下都无法实施；采用 加速度传感器测试并两次积分得到位移信号的方法相对方便易行，但加速度积分 时常出现趋势项干扰，导致积分出的位移曲线严重偏执。针对该问题，本文提出 了一种基于频域积分的―低频衰减积分算法‖，并利用多种算例对积分算法进行了验 证与误差评价，研究了积分参数的选择对结果的影响；最后搭建了―含限位碰撞的 加速度测试实验台‖，对积分算法在工程中的应用特性进行了研究。本论文主要研 究内容和结论归纳如下： ①通过对现存几种加速度积分算法理论公式的推演，发现其在积分趋势项误 差控制和加速度有效信息保留上存在不足，因此造成了积分误差偏大。针对该问 题，本文提出了一种基于频域积分的―低频衰减‖积分算法。 ②通过简谐函数叠加算例，强迫振动、自由振动以及含限位碰撞振动工况的 仿真算例对现存几种加速积分算法及本文提出的―低频衰减‖积分算法进行了验证 与误差评价。结果表明：本文研究的低频衰减积分算法不但积分误差更小，而且 对积分控制参数的选择容错性强，更易于操作。 ③为了研究所提出的低频衰减积分算法在工程中的应用特性，基于某摩托车 发动机，设计并搭建了―含限位碰撞的加速度测试实验台‖，并基于 LABVIEW 虚 拟仪器软件开发了该实验台的控制系统，实现了加速度和位移测试的自动化。 ④为了修正加速度测试系统误差，利用上述实验台测试了发动机活塞上的加 速度，同时通过理论求解得到其理论值。通过多次测试并将理论值与实测值进行 对比得到测试系统的误差，并对其进行了多项式拟合，从而对误差进行了修正。 ⑤利用上述实验台同时对―往复运动杆‖上的加速度和位移进行了测试。对测得 的加速度进行测试误差修正，并对修正前后的加速度信号分别进行积分，将积分 所得的位移与实测位移对比并进行了误差评价。结果表明：进行测试误差修正后， 积分所得的位移信号峰值误差明显降低。 ⑥在不同电机转速下，对比了低频衰减积分算法所得位移与激光传感器实测 位移，结果表明：当信号基频较低时，本文算法积分位移误差略偏大；但随着信 号基频的提高，误差减小。基于本研究所采用测试系统，当加速度基频高于 3.8Hz 时，积分峰值误差小于 10%，满足工程测试需求；当加速度基频高于 4.35Hz 时， 积分峰值误差小于 5%，可达到较理想的测试效果。