ONLINE PARAMETRIC IDENTIFICATION OF MASS-SPRING-DAMPER MECHANICAL SYSTEMS USING ACCELERATION MEASUREMENTS

Francisco Beltran Carbajal, Gerardo Silva Navarro, Luis Gerardo Trujillo Franco

Resumen


Abstract

Implementation of active vibration control schemes, failure detection and monitoring tasks of the suitable operation of flexible mechanical structures can require the use of on-line parametric identification techniques. Measurements of acceleration signals are preferred in several applications of parameter identification of vibrating mechanical systems. In this article, an on-line parameter estimation approach in time domain is proposed for linear mass-spring-damper mechanical systems of n degrees of freedom using acceleration measurements solely. Integration by parts is properly used in the synthesis of the proposed parameter identification method. In this fashion, a priori knowledge of the initial conditions of the system becomes unnecessary. The introduced identification method can be extended for real-time parametric estimation of nonlinear fully actuated or under-actuated nonlinear vibrating mechanical systems. Some numerical results are provided to show the effectiveness of the on-line estimation approach of the mass, stiffness and damping parameters combined with closed-loop reference trajectory tracking tasks specified for the vibrating mechanical system.

Keywords: Active vibration control, mass-spring-damper systems, mechanical vibration systems, parameter identification.


IDENTIFICACIÓN PARAMÉTRICA EN LÍNEA DE SISTEMAS MECÁNICOS DE MASA-RESORTE-AMORTIGUADOR UTILIZANDO MEDICIONES DE ACELERACIÓN


Resumen

Implementación de esquemas de control activo de vibraciones, detección de fallas o tareas de monitoreo de la operación adecuada de estructuras mecánicas flexibles pueden requerir el uso de técnicas de identificación paramétrica ejecutadas en línea. Mediciones de señales de aceleración se usan en varias aplicaciones de identificación de parámetros en sistemas mecánicos vibratorios. En este artículo se propone un enfoque para estimación de parámetros en línea en el dominio del tiempo para sistemas mecánicos del tipo masa-resorte-amortiguador de n grados de libertad, usando únicamente mediciones de aceleración. Se usa integración por partes en la síntesis del método de identificación de parámetros propuesto. De esta manera, conocimiento previo de las condiciones iniciales del sistema son innecesarias. El método de estimación propuesto se puede extender para estimación paramétrica en tiempo real para sistemas mecánicos vibratorios no lineales, completamente actuados o sub-actuados. Se incluyen algunos resultados de simulación numérica para mostrar la efectividad del enfoque de estimación de parámetros de masa, rigidez y amortiguamiento, combinado con tareas de seguimiento de trayectorias de referencia en lazo-cerrado especificadas para el sistema mecánico vibratorio.

Palabras Claves: control activo de vibraciones, identificación de parámetros, sistemas mecánicos vibratorios, sistemas masa-resorte-amortiguador.



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Referencias


Beltran Carbajal, F. and Silva Navarro, G., On the Algebraic Parameter Identification of Vibrating Mechanical Systems, International Journal of Mechanical Sciences, Vol. 92, pp. 178-186, 2015a.

Beltran Carbajal, F. and Silva Navarro, G., and Trujillo-Franco, L.G., Evaluation of on-line algebraic modal parameter identification methods, In R. Allemang (ed.), Topics in Modal Analysis II, Vol. 15, No. 8, Springer, NY, pp. 145-152, 2014.

Fliess, M. and Sira-Ramírez, H., An algebraic framework for linear identification, ESAIM: Control, Optimization and Calculus of Variations, Vol. 9, pp. 151-168, 2003.

Le, T. P. and Paultre, P., Modal identification based on the time-frequency domain decomposition of unknown-input dynamic tests, International Journal of Mechanical Sciences, Vol. 71, pp. 41-50, 2013.

Heylen,W., Lammens, S. and Sas, P., Modal Analysis, Theory and Testing, Katholieke Universiteit Leuven, Belgium, 2003.

Beltran Carbajal, F. and Silva Navarro, G., On-line harmonic force estimation in active vibration control of mass-spring-damper systems, Proceedings of the 22th International Congress on Sound and Vibration, Florence, Italy, 12-16 July, 2015b.

Beltran Carbajal, F. and Silva Navarro, G., On-line algebraic parametric identification of uncertain nonlinear vibrating mechanical systems, Proceedings of the 21th International Congress on Sound and Vibration, Beijin, China, 13--17 July, 2014.

Beltran Carbajal, F. and Silva Navarro, G., Adaptive-like Vibration Control in Mechanical Systems with Unknown Parameters and Signals, Asian Journal of Control, Vol. 15, No. 6, pp. 1613-1626, 2013.

Beltran Carbajal, F., Silva Navarro, G. and Arias-Montiel, M., Active Unbalance Control of Rotor Systems Using On-line Algebraic Identification Methods, Asian Journal of Control, Vol. 15, No. 6, pp. 1613-1626, 2013.

Isermann, R. and M. Munchhof, Identification of Dynamic Systems, Springer Verlag, Berlin, 2011.

Ljung, L., Systems Identification: Theory for the User, Prentice-Hall, NJ, 1987.

Mikusinski, J., Operational Calculus, 2nd Ed., Vol. 1, PWN & Pergamon, 1983.

Silva Navarro, G., Beltran Carbajal, F. and Vazquez-Gonzalez, B. Synthesis of an adaptive-like autoparametric pendulum absorber for damped Duffing systems, Proceedings of the 20th International Congress on Sound and Vibration, Bangkok, Thailand, pp. 7-11 July, 2013.

Soderstrom, T. and Stoica, P., System Identification, Prentice-Hall, NY, 1989.

Yang, Y. and Nagarajaiah S., Output-only modal identification with limited sensors using sparse component analysis, Journal of Sound and Vibration, Vol. 332, pp. 4741-4765, 2013.


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