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履带板三维力解耦算法研究

更新时间:2016-07-05

准确获取履带传递的各个方向的力,对于开展整车动力学分析、解决车辆行驶过程脱带问题、匹配行动系统性能、做好行动系统零部件优化设计等均具有非常重要的意义.目前我国还没有进行履带动态力测试的能力.履带式坦克装甲车辆行驶过程中履带所受的三维动态力,包括履带板所承受的横向力、压力以及履带板之间的拉力.

在测试过程中,由于受履带本身的空间尺寸和结构形式限制,组成测量三维力的电桥的应变片只能布置在履带板金属表面上,这就导致了各个电桥输出信号之间相互影响,存在维间耦合,因此通过电桥输出的电压无法直接换算出履带板三维力,这种耦合也会对测量精度产生影响,因此必须想办法消除维间耦合,实质上就是将Ui=f(FX Fy Fz)关系函数通过各种算法,实现对各分力的准确测量.

消除或抑制耦合的方法主要有两个,一个是消除耦合产生的根源,即传感器的制造工艺等诸多问题,一般很难解决;二是利用标定矩阵,采取模拟或数字信号处理方法消除维间耦合,这种方法被广泛采用.目前国内外对维间耦合问题的研究颇多,但是许多解耦理论由于设计理论和计算过于复杂,很难用于工程化问题,本研究就履带板三维力解耦方法进行论述.

1 多维力传感器的解耦公式及基本形式

1.1 多维力传感器的解耦原理

多维力传感器解耦公式都是多项式形式的,基本分为两个类型,一个是显式公式,传感器的载荷可直接用各分量的信号增量乘以相应系数后相加得到;另一种是隐式公式,公式的两边都有包含载荷的项,需要使用迭代算法计算传感器的载荷值.

有脑卒中家族史者、肥胖、体育运动较少、糖尿病、血脂异常、吸烟、瓣膜性心脏病或房颤、高血压、既往有TIA史者、既往有脑卒中史者的筛查率分别是15.60%、6.20%、8.40%、6.85%、10.70%、6.75%、1.00%、20.75%、1.85%、2.80%,见表1。

图书馆信息素养教育在许多高校还没设置正式的课程,仅仅作为课外学习内容出现,学生的学习效果难以保证。学生在图书馆寻找信息时缺乏系统的能力,往往感觉困难。目前我国高校开设的主要课程是文献信息检索,对此课程缺乏具体的区分,专业领域的文献检索课程还较为匮乏,并且大部分高校将此类课程设置为选修课,学生的学习程度不高。

公式的拟合方法主要是传统的最小二乘法、高斯消元法和相对较新的多项式响应面法.本研究使用多项式响应面法.

式中:Xi是由样本点xi构成的行向量;i=1,2,...,n.

高职学生需要达到“在涉外交际的日常活动和业务活动中进行简单的口头和书面交流”的水平,“并为今后进一步提高英语的交际能力打下基础”。[3]

实际中,根据工程经验,通常选取多项式的形式.通常一阶多项式响应面模型误差较大,而高阶多项式虽然精度较高,但由于其包含较多的项,计算量也随之增长,拟合的计算过程会更复杂.根据响应面函数表达式在能够描述真实函数的前提下应尽可能简单[1]的原则,在很多工程实践中,二阶多项式响应面模型应用最为广泛,因此本研究选取含交叉项的二次多项式的响应面函数形式.即

(1)

根据式(1)可知模型中含有10个待估系数.类似的,对于n元二阶多项式待估参数的个数为:

nrc=(n+1)(n+2)/2.

(2)

待估系数需要ns组试验点来确定(nsnrc),进而确定待估系数值的大小.将式(1)写为向量积形式

f(xi)=Xiβ.

(3)

多项式响应面是一种比较成熟的模型,在优化领域、实验数据处理领域应用广泛.假定参数是n维向量,该向量是待求函数的自变量,二者存在的函数关系为y=y(x).尽管待求的函数可能找不出准确的表达式,但是,只要给定了参数值或设计点值,即取定了一个样本点x(j),总可以通过实体的或数值的试验得到相应的性能值y(j)=y(x(j)),这是对应一个参数值或样本点值的一个响应值.如果做了足够多的试验,例如n个试验,那么我们就可以利用n个样本点及其n个响应,利用待定系数的方法求出函数y=y(x)的近似函数y′=f(x).f(x)为需要构造的响应面函数[1].利用该响应面函数,即可从试验参数值求得待求的参数.本研究中就是利用响应面函数将试验得到的电桥输出电压转换成履带三个方向的载荷.

式中:矩阵;向量β=T.

f(Xi)=yi.

(4)

因此写成矩阵的形式为

③无法掌握不同岗位的考核重点。在现实考核中一般以考核主体个人所认定的关键事件评判员工绩效,考核指标偏向结果考核,弱化员工能力和态度考核,忽视个体对团队的贡献。员工往往是在完成任务过程中,以干中学方式获得知识,因此对于知识型员工学习和创新能力的考核是必不可少的。

X·β=Y.

(5)

由于式(3)要满足如下条件

东方宇轩走在最后,站在摘星楼的门槛外朝身后挥掌,一招“清风垂露”,一股真气如同游龙,周游四壁,灭掉楼内数十盏灯,又激荡回来关上了两扇大门。峰顶灯光熄灭,天上灿灿群星千亿,滚滚银河中的星浪,由南向北,贯穿天际,星光下注,将摘星楼前的平地照得纤毫毕现,摘星楼三星望月以下,群山围绕的万花谷,亭台楼阁,静水深流,花草树木,夜气中平常如昔,乱世中如同一朵睡莲,我们此刻,就站在它的莲心上?

显式公式的用法比较简单,因此应用更为广泛.一般将公式用矩阵形式表达,更为直观和易于计算.

因为响应面函数是近似函数,所以根据式(5)计算的Y值与试验得到的响应值间存在误差.利用最小二乘原理使误差的平方和最小,即

S(β)=‖ε2=(Y-)T(Y-).

(6)

使S(β)最小的的必要条件为

由上述研究可知,6月26日14时前后,控制区西侧有线对流触发,随后东移发展成线状MCS。这些对流为什么会触发和发展?MCS有怎样的结构特征?下面利用数值模拟资料进一步分析。

S(β)=ε2= ((Y-)T(Y-))= 2(-Y)TX=0.

(7)

可求得

β=XTX-1XTY.

(8)

式(8)为X列满秩时得到的最小二乘解.最终将式(8)代入式(1)可得多项式拟合模型.

1.2 基于响应面法的履带板三维力解耦

式中:Angle[0]为x轴的角度,(°);ω[0]为x轴的角速度,(°/s);speeds_filter为车轮速度,m/s,程序中以单位时间码盘格数代替;positions为位置,是速度对时间的积分;Kap、Kad、Ksp、Ksi均为参数.

(9)

设计变量分别为VFxVFyVFz,待求函数为

(10)

共进行ns组试验.假设β0=0,将每组标定试验得到的样本点代入式(3),可得到响应函数值:

(11)

根据式(7)利用最小二乘原理使误差的平方和最小,可得

(-Y)TX=0.

(12)

其中

很多陕西特色美食文化翻译中存在词不达意的问题,翻译成英文一味死译直译,词语不通顺。比如陕西特色美食“牛羊肉泡馍”被按照字面意思翻译为“Beef and mutton bubble buns”,“口汤”被翻译成“Mohth soup”,“干泡”被翻译成“Doing bubble”等。

俗语说“不怕狂风一片,就怕贼风一线”。大风降温前要及时检查屋顶、四壁及门窗的的缝隙,防止贼风从圈舍、门窗的鼠洞、漏缝、缺口等处吹进。同时对门、窗也要加固,以防大风把门、窗刮坏,形成穿堂风。

履带板三维力响应面函数中,n=3,根据式(1)可知

β=T.

将标定数据代入式(8),可得到β.

2 履带板三维力静态线性解耦方法

考虑到可测试履带板的解耦算法既要实现消除维间耦合的目的,又要满足可用于实际工程问题中,且可操作性强.所以重点研究了履带板三维力静态线性解耦的方法,即基于静态线性标定和响应面法的解耦算法.

2.1 履带板的标定

最传统的多维力静态解耦方法是基于静态线性标定试验的,因此履带板三维力解耦首先也要开展标定工作.

根据测试范围,选择n个标定点,分别对每个方向施加载荷.具体如下:

经对106例样本分析,影响临床免疫检验质量因素多因人为操作导致,其中46.23%样本送检不及时,样本采集方法不规范占22.64%,样本采集时间不当占13.21%,有11.32%为未按无菌操作标准准备,样本处理不当占15.09%;另外,检验环境和条件不符合规定达6.60%,检验仪器故障占4.72%。

试验开始,由履带刚性试验台施加拉力,逐步增加到100 kN拉力,然后再逐步卸载至履带全松(因为有履带自重,所以不能完全卸载到0 kN).测试不少于10个载荷值,读取可测试履带板采集的数据.

采用SPSS 18.0统计学软件处理数据,计量资料用(±s)表示,采用 t检验,计数资料用[n(%)]表示,采用χ2检验,P<0.05为差异有统计学意义。

2)横向力标定.

试验开始,由履带刚性试验台施加16~17 kN的预拉力,然后通过横向力加载装置从0 kN逐步增加到50 kN的横向力,最后再逐步卸载至0 kN.测试不少于10个载荷值,读取可测试履带板采集的数据.

3)压力标定.

试验开始,由MSP250kN试验台施加压力,从0 kN逐步增加到100 kN的压力,然后再逐步卸载至0 kN,测试不少于10个载荷值,读取可测试履带板采集的数据.

1)拉力标定.

在一个标定点上只施加一个载荷,会同时得到3个通道的输出信号.只有与施加载荷方向一致的那个通道的输出信号,才能反映履带板在该方向上受到的力,其他两个通道的输出信号只反映施加的力在那两个方向耦合的输出结果.

记录每个通道的输出,得到履带板3个方向上标定的时间-电压曲线,如图1、图2、图3所示.

图1 压力方向加载时三个电桥时间-电压曲线

图2 横向力方向加载时三个电桥时间-电压曲线

图3 拉力方向加载时3个电桥时间-电压曲线

具体各通道输出电压值和施加载荷数值如表1所示

表1 各通道输出电压与相应施加载荷数值

横向力电桥输出电压VFx压力电桥输出电压VFy拉力电桥输出电压VFz横向力Fx拉力Fy压力Fz0.080.080.093.6000.04-0.030.314.200-0.03-0.180.5333.500-0.13-0.360.7555.600-0.22-0.561.0781.200-0.11-0.340.7855.900-0.00469-0.140.5232.5000.090.060.2211.5000.140.120.144.1000.240.270.4815.6-0.400.20.260.616.16.800.130.220.6417.39.600.060.180.6918.9130-0.040.110.7620.2170-0.170.030.7921.421.60-0.41-0.120.9222.931.20-0.190.030.7723.119.300.080.190.6222.711.300.170.270.5921.5700.280.30.515.4-0.300.320.280.1800-1 0.590.6-0.0900-200.860.92-0.300-401.081.2-0.5300-601.271.45-0.7600-801.461.71-100-1001.291.52-0.7900-801.121.31-0.5900-600.911.01-0.3300-400.660.65-0.0900-200.340.280.200-1

2.2 基于标定结果的耦合矩阵的确定

为了尽可能精确地获得耦合矩阵,从多次标定结果中选择较好的作为计算耦合矩阵的依据.根据1.2节的算法,计算出的耦合矩阵为

得到可测试履带板的耦合矩阵后,代入式(9)可得到解耦后的履带板三维力值:

Fx=43.701×△VFx +42.693×△VFy -54.1938×△VFz+18.257×△VFxVFy-346.17×△VFxVFz -15.578×△VFyVFz+161.68×△VFx2-13.1025×△VFy2+206.9203×△VFz2;

Fy=-3.788×△VFx+3.061×△VFy+1.821×△VFz -64.745×△VFxVFy +120.892×△VFxVFz +52.445×△VFyVFz -54.6×△VFx2+15.8212×△VFy2 -67.5484×△VFz2;

Fz = -47.0776×△VFx +10.502×△VFy +34.187×△VFz +59.069×△VFxVFy -24.459×△VFxVFz -51.271×△VFyVFz +10.6595×△VFx 2-11.81×△VFy 2 -11.14×△VFz 2.

2.3 实际应用与结果检验

利用通过以上算法得到的可测试履带板的耦合矩阵,可得到实际测试过程中履带所受的实时载荷,如图4、图5、图6所示.实线加载值为实际施加的载荷值,虚线反算值为可测试履带板测试得到的载荷值,

“故乡”是名词,认知指向是一个实体,也即概念重组的输入“元素”。在这里,“故乡”这个实体的认知指向与“美丽”的指向主体相对应,即概念重叠,那么这两个结构就具有整合的基础,这样的一致会引发人的一系列的思维和推理,然后,我们就可以将这两个词按线性次序整合在一起,形成“美丽的故乡”。

根据测试结果,我们能够将可测试履带板3个方向的耦合关系分解开来,效果显著,误差是满量程的5%.

图4 拉力方向时间-载荷曲线(加载值与反算值对比)

图5 横向力方向时间-载荷曲线(加载值与反算值对比)

图6 压力方向时间-载荷曲线(加载值与反算值对比)

3 结束语

针对履带三维力测试过程中存在维间耦合的问题,采用基于静态线性标定和响应面法的解耦算法,提出了便于在工程应用中实现的解耦方法,解决了履带三维力之间的维间耦合问题,研究结论如下:

1)该方法是通过标定试验结果,建立近似显函数的形式对履带板三维力进行解耦计算的,易于工程应用;

SH T11 的内部结构如图2所示。其中,温度传感器( Temp . Sensor)采用由能隙材料制成的温度敏感元件,湿度传感器( %RH Sensor)采用电容性聚合体湿度敏感元件。2 个传感器输出的信号被放大后送入1个 14 位 ADC ,转换成数字信号再送给I2C总线接口,最后通过I2C接口以串行方式输出。校验存储器(Calibration Memory)用于存储在恒湿或恒温环境下的校准系数,用于测量过程中的非线性校准。

2)利用该方法对履带板测试数据解耦得到的三维力与试验台施加的标准载荷对比,误差是满量程的5%;

因此,该方法适用于对履带板三维力进行解耦.

参考文献:

[1] 隋允康,宇慧平.响应面方法的改进及其对工程优化的应用[M].北京:科学出版社,2010.

韩庆,魏来生,贺力朋
《车辆与动力技术》2018年第1期文献

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