数字滤波器设计及其在机构弹性动力分析中的应用.pdf

西安理工大学
硕士学位论文
数字滤波器设计及在机构弹性动力分析中的应用
姓名:刘畅
申请学位级别:硕士
专业:机械设计及理论
指导教师:刘宏昭
20050101
论文作者签名:童诺伲辉耲口日保护知识产权申明独戗性申明论文作者签名:主宰勿导师签名:辏知日秉承祖国优良道德传统和学校的严谨学风郑重申明:本人所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知,除特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其他人的研究成果。与我一同工作的同志对本文所论述的工作的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并已致谢。本论文及其相关资料若有不实之处。由本人承担一切相关责任本人完全了解西安理工大学有关保护知识产权的规定,即:研究生在校攻读学位期间所取得的所有研究成果的知识产权属西安理工大学所有。本人保证:发表或使用与本论文相关的成暴时署名单位仍然为西安理工大学,无论何自兀淳P砜伞>霾蛔R苹蚶┥⒂胫喙氐娜魏渭际或成果。学校有权保留本人所提交论文的原件或复印件,允许论文被查阅或借阅;学校可以公布本论文的全部或部分内容。可以采用影印,缩印或其他手段复制保存本论文。用苎宦畚慕饷苤昂螅陨仙昝魍视
原导师签名:夕./亥铌数字滤波器设计及在机构弹性动力分析中的应用答辩日期:小≯.;一作者签名:蟊争勿导师姓名:刘宏昭淌原大宁苯淌./学科名称:机械设计及理论作者姓名:刘畅摘要中文摘要本文将信号分析理论中的数字滤波技术和机构弹性动力分析理论相结合,开发了数字滤波器计算机软件,通过机构弹性动力学分析获得了连杆机构杆件中的弹性位移动态响应数据,应用数字滤波器对这些响应数据进行滤波分析,为研究弹性机构动态特性变化规律提供了工具。论文主要工作如下:对数字滤波器的原理和技术要求进行了简要论述;对常用几种数字滤波器的设计方法进行了比较,确定用窗函数法设计致瞬ㄆ鳎源昂ㄉ杓剖致波器的原理及步骤进行了阐述:对各种窗函数及其频率响应函数进行了分析,并对各种窗函数的性能进行了比较。分析了数字滤波器的程序算法,为了减少程序开发的工作量,对滤波器复杂的计算公式进行了简化,推导出了低通与高通,带通与带阻之间的运算关系;对程序中一些重要参数的取值范围、求解方法进行了讨论;用镅员嘈戳耸致瞬ㄈ砑用编写了该数字滤波器软件的界面;应用所设计的数字滤波器对由多个简谐波合成的复杂信号进行了滤波分析。应用基于状态空间法的闭式算法对机构弹性动力学微分方程进行求解。剥一个具体的平面铰链四杆机构进行弹性动力学响应分析,再用本文所开发的数字滤波器软件对其动力学响应进行滤波分析,研究了不同频率的响应对接个系统响应的贡献。关键词:机构弹性动力学数字滤波器窗函数法频率分析
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髀选题的依据及意义文献综述及研究现状分析随着机械向轻量化、高速化方向发展、构件的柔度加大、惯性力急剧增大。在这种情况下,一方面,构件的弹性变形会给机械的运动输出现象。从而产生较强的振动,破坏机械的运动精度,造成构件疲劳强度,态特性的设计和改善具有重要意义。特别是近期出现了用可编程酒带来较大误差。另~方面,机械系统的柔度加大,系统固有频率下降,机械转动速度提高使激振频率上升,会出现激振频率和固有频率接近的加剧运动副中的磨损。在这种情况下,出现了计入构件弹性的动力学分析方法。通过弹性动力分析可获得大量的系统动力学响应数据,应用现代数字滤波技术,从这些数据中分析提取机构动力学特征,对于机构动实现数字滤波,可通过修改滤波器的参数十分方便地改变滤波器的特性,使信号的实时性更快,后处理更方便。因此,本文结合弹性机构动力学分析,对数字滤波器的设计方法进行研究,分析其工作原理,开发出相应的数字滤波软件,并为下一步在机构动力学试验台上实现机构动力学性能测试与实时信号系统的开发奠定基础。世纪发展起来的经典数值分析和世纪⒄沟膠变换是数字信号处理的数学基础。认为数字滤波器是世纪初由天文学家编选数学用表导出来的。第二次世界大战后不久,人们开始探讨用数字元件构成数字滤波器的问题。但当时从成本,体积,可靠性考虑,其远不如模拟滤波器和模拟谱分析。到了年代,控制理论已发展成为一门比较完整第一章绪论
的科学,抽样的概念及其频谱效应已被人们充分了解,浠焕砺垡哑占暗种算法一了电子工程领域。年,瘸霭媪椋怯泄厥中藕糯淼牡谝槐窘鳌5抻诘笔钡工艺水平,人们只能对一些低频的控制或地震信号的数字处理问题作一些实践性的尝试。到了上世纪年代中期,才开始出现较为定型的数字信号处理理论。数字信号处理的重大进展之一是年发表的快速傅立变换算法,它使数字信号从处理到实现都发生了重大进步。快速傅立叶变换使计算的时间缩短了两个量级,从而使数字信号处理技术得以成功应用。此后,