粘弹性材料力传感器动态补偿方法和系统技术方案

本发明专利技术涉及一种粘弹性材料力传感器动态补偿方和系统。本发明专利技术提供的粘弹性材料力传感器动态补偿方法，通过建立基于一阶Volterra级数的传感器灰箱模型，可以准确表征传感器粘弹性及高阶线性时不变特性，并且，在不需要辨识灰箱模型的情况下，构造动态补偿模型以实现针对高阶时不变粘弹性传感系统的串联补偿，进而能够提高传感器动态测量的精度和时域跟随性能。能。能。

【技术实现步骤摘要】
粘弹性材料力传感器动态补偿方法和系统


[0001]本专利技术涉及传感器动态补偿
，特别是涉及一种粘弹性材料力传感器动态补偿方法和系统。

技术介绍

[0002]小型化力传感器的敏感材料—软材料(硅橡胶、凝胶、聚合物等)因其生产工艺简单、成本低和灵敏度高而被广泛应用。然而，软材料具有高阶线性时不变特性，其表现出的粘弹性具有强烈的历史依赖性，并在阶跃激励下存在明显的蠕变现象，严重影响传感器输出的稳定性和精度；此外，软材料的固有频率和阻尼比通常很小，这使得传感器的动态响应速度较慢。
[0003]粘弹性材料的力学模型可采用弹簧和阻尼器的不同组合方式来描述。常用开尔文模型、麦克斯韦模型、广义开尔文模型等建立粘弹性材料在阶跃激励下的应变模型以研究其蠕变现象。一般的，模型中弹簧和阻尼器越多，对粘弹性系统的描述越精确，但也导致系统的阶数上升，大幅提升传感器系统辨识的难度和传感器的计算能力需求。
[0004]同时，部分研究者使用系统辨识法和零极点放置法来提升传感器的动态特性。系统辨识法将传感器视为黑盒，根据校准数据和传感器输出直接识别补偿器，可能会忽略高阶系统中低阶成分的影响，限制了带宽的扩展。而零极点放置法的补偿精度依赖于传感器动态模型的准确性，更适用于低阶最小相位系统。
[0005]因此，本领域亟待提供一种能够提高传感器动态测量的精度和时域跟随性能的粘弹性材料力传感器动态补偿方法或系统。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是提供一种粘弹性材料力传感器动态补偿方法和系统，能够提高传感器动态测量的精度和时域跟随性能。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0008]一种粘弹性材料力传感器动态补偿方法，包括：
[0009]构建一阶Volterra级数灰箱模型；所述一阶Volterra级数灰箱模型为基于一阶Volterra级数构建的粘弹性材料力传感器系统模型；
[0010]根据所述一阶Volterra级数灰箱模型和长记忆截断长度构建以粘弹性材料力传感器的原始输出为输入，以期望补偿值为输出的动态补偿模型；
[0011]确定所述动态补偿模型输出的期望补偿值是否满足预设条件，若满足则采用所述动态补偿模型对所述粘弹性材料力传感器进行动态补偿，若不满足则调整所述长记忆截断长度，直至所述期望补偿值满足预设条件为止。
[0012]优选地，所述构建一阶Volterra级数灰箱模型，具体包括：
[0013]获取粘弹性材料力传感器系统的系统增益和粘弹性材料的应变；
[0014]根据所述系统增益和所述粘弹性材料的应变构建所述一阶Volterra级数灰箱模
型；所述一阶Volterra级数灰箱模型为：
[0015][0016]其中，m为长记忆截断长度，ΔC(t)为输出，K为系统增益，ε(t)为粘弹性材料的应变，σ(t
‑
i)为记忆链接，t为采样时间，i为采样点序号，A为一阶Volterra级数的参数，A＝(a1,
…
,a
i
,
…
,a
m
)。
[0017]优选地，所述动态补偿模型为：
[0018][0019]其中，y(t)为粘弹性材料力传感器的理想输出，ΔC(t)为粘弹性材料力传感器的原始输出，B为动态补偿模型的参数，B＝(b1,
…
,b
i
,
…
,b
m
)。
[0020]优选地，根据所述一阶Volterra级数灰箱模型和长记忆截断长度构建以粘弹性材料力传感器的原始输出为输入，以期望补偿值为输出的动态补偿模型，之后还包括：
[0021]采用所述粘弹性材料力传感器的理想输出和所述粘弹性材料力传感器的原始输出拟合确定所述动态补偿模型的参数。
[0022]优选地，所述预设条件为：经动态补偿模型动态补偿后的粘弹性材料力传感器的输出与粘弹性材料力传感器的理想输出间的差值小于预设值。
[0023]根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：
[0024]本专利技术提供的粘弹性材料力传感器动态补偿方法，通过建立基于一阶Volterra级数的传感器灰箱模型，可以准确表征传感器粘弹性及高阶线性时不变特性，并且，在不需要辨识灰箱模型的情况下，构造动态补偿模型以实现针对高阶时不变粘弹性传感系统的串联补偿，进而能够提高传感器动态测量的精度和时域跟随性能。
[0025]对应于上述提供的粘弹性材料力传感器动态补偿方法，本专利技术还提供了一种粘弹性材料力传感器动态补偿系统，包括：
[0026]第一模型构建模块，用于构建一阶Volterra级数灰箱模型；所述一阶Volterra级数灰箱模型为基于一阶Volterra级数构建的粘弹性材料力传感器系统模型；
[0027]第二模型构建模块，用于根据所述一阶Volterra级数灰箱模型和长记忆截断长度构建以粘弹性材料力传感器的原始输出为输入，以期望补偿值为输出的动态补偿模型；
[0028]动态补偿模块，用于确定所述动态补偿模型输出的期望补偿值是否满足预设条件，若满足则采用所述动态补偿模型对所述粘弹性材料力传感器进行动态补偿，若不满足则调整所述长记忆截断长度，直至所述期望补偿值满足预设条件为止。
[0029]优选地，所述第一模型构建模块包括：
[0030]获取单元，用于获取粘弹性材料力传感器系统的系统增益和粘弹性材料的应变；
[0031]构建单元，用于根据所述系统增益和所述粘弹性材料的应变构建所述一阶Volterra级数灰箱模型；所述一阶Volterra级数灰箱模型为：
[0032][0033]其中，m为长记忆截断长度，ΔC(t)为输出，K为系统增益，ε(t)为粘弹性材料的应
变，σ(t
‑
i)为记忆链接，t为采样时间，i为采样点序号，A为一阶Volterra级数的参数，A＝(a1,
…
,a
i
,
…
,a
m
)。
[0034]优选地，还包括：
[0035]参数确定模块，用于采用所述粘弹性材料力传感器的理想输出和所述粘弹性材料力传感器的原始输出拟合确定所述动态补偿模型的参数。
[0036]因本专利技术提供的粘弹性材料力传感器动态补偿系统达到的技术效果与上述提供的粘弹性材料力传感器动态补偿系统达到的技术效果相同，故在此不再进行赘述。
附图说明
[0037]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0038]图1为本专利技术提供的粘弹性材料力传感器动态补偿方法的流程图；
[0039]图2为本专利技术提供的粘弹性材料力传感器动态补偿方法本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种粘弹性材料力传感器动态补偿方法，其特征在于，包括：构建一阶Volterra级数灰箱模型；所述一阶Volterra级数灰箱模型为基于一阶Volterra级数构建的粘弹性材料力传感器系统模型；根据所述一阶Volterra级数灰箱模型和长记忆截断长度构建以粘弹性材料力传感器的原始输出为输入，以期望补偿值为输出的动态补偿模型；确定所述动态补偿模型输出的期望补偿值是否满足预设条件，若满足则采用所述动态补偿模型对所述粘弹性材料力传感器进行动态补偿，若不满足则调整所述长记忆截断长度，直至所述期望补偿值满足预设条件为止。2.根据权利要求1所述的粘弹性材料力传感器动态补偿方法，其特征在于，所述构建一阶Volterra级数灰箱模型，具体包括：获取粘弹性材料力传感器系统的系统增益和粘弹性材料的应变；根据所述系统增益和所述粘弹性材料的应变构建所述一阶Volterra级数灰箱模型；所述一阶Volterra级数灰箱模型为：其中，m为长记忆截断长度，ΔC(t)为输出，K为系统增益，ε(t)为粘弹性材料的应变，σ(t
‑
i)为记忆链接，t为采样时间，i为采样点序号，A为一阶Volterra级数的参数，A＝(a1，...，a
i
，...，a
m
)。3.根据权利要求2所述的粘弹性材料力传感器动态补偿方法，其特征在于，所述动态补偿模型为：其中，y(t)为粘弹性材料力传感器的理想输出，ΔC(t)为粘弹性材料力传感器的原始输出，B为动态补偿模型的参数，B＝(b1，...，b
i
，...，b
m
)。4.根据权利要求3所述的粘弹性材料力传感器动态补偿方法，其特征在于，根据所述一阶Volterra级数灰箱模型和长记忆截断长度构建以粘弹性材料力传感器的原始输出为输入，以期望补偿值为输出的动态补偿模型，之后还包括：采用所述粘弹性材料力传感器的理想...

【专利技术属性】
技术研发人员：王易捷，崔晶，楚中毅，胡智凯，冯凯明，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：