(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111339195.9 (22)申请日 2021.11.12 (71)申请人 上海理工大 学 地址 200093 上海市杨 浦区军工路516号 (72)发明人 张玮　朱坚民　黄之文　朱迪　 刘绪荣　李孝茹　赵展　田丰庆　 (74)专利代理 机构 上海邦德专利代理事务所 (普通合伙) 31312 代理人 崔双双 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 30/27(2020.01) G06F 30/17(2020.01) G06N 3/04(2006.01) G06N 3/08(2006.01)G06F 111/04(2020.01) G06F 111/10(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种滚珠丝杠进给系统滚动结合部动态特 性参数识别方法 (57)摘要 本发明公开了一种滚珠丝杠进给系统滚动 结合部动态特性参数识别方法， 包括： 以滚珠丝 杠进给系统为分析对象， 建立其孪生机械模型； 选用一系列弹性关节等效滚动结合部， 建立可以 同时考虑 多个滚动结合部及其各个方向刚度、 阻 尼的滚珠丝杠进给系统孪生有限元模 型； 以待识 别的动态特性参数作为输入、 以系统前六阶固有 频率作为输 出， 设计深度神经网络(DNN)模型， 并 加以训练， 优选最佳网络层数， 确定孪生数据模 型并最终完成滚珠丝杠进给系统动力学数字孪 生模型的建立； 结合模态测试数据构建优化识别 模型， 采用粒子群算法进行求解从而识别各刚 度、 阻尼参数。 根据本发 明， 提高了滚珠丝杠进给 系统动力学建模精度、 高效准确地识别各滚动结 合部动态特性 参数。 权利要求书2页 说明书9页 附图4页 CN 114091300 A 2022.02.25 CN 114091300 A 1.一种滚珠丝杠进给系统滚动结合部动态特性参数识别方法， 其特征在于， 包括以下 步骤： S1、 以滚珠丝杠进给系统的物理实体为分析对象， 构建其孪生机 械模型； S2、 将步骤S1中构建的孪生机械模型导入有限元软件， 构建滚珠丝杠进给系统动力学 孪生有限元模型； S3、 通过孪生有限元模型与参数化分析工具产生大量模态分析数据， 生成滚珠丝杠进 给系统动力学孪生数据； S4、 以孪生数据作为数据集， 设计DNN模型并加以训练， 确定最佳网络深度， 构 建滚珠丝 杠进给系统动力学孪生数据模型， 完成建立滚珠丝杠进给系统动力学 数字孪生模型； S5、 对滚珠丝杠进给系统物理实体进行模态测试， 测得实验 模态数据； S6、 建立滚珠丝杠进给系统滚动结合部动态特性参数识别的优化模型， 并同时识别所 有刚度、 阻尼参数； S7、 将步骤S6中识别结果代入孪生有限元模型求解模态数据， 并与实验结果进行对比， 检验正确性和精度。 2.如权利要求1所述的一种滚珠丝杠进给系统滚动结合部动态特性参数识别方法， 其 特征在于， 所述步骤S1中数字化镜像滚珠丝杠进给系统物理实体的机械结构及几何尺寸等 属性信息， 且利用三维软件建立该系统的孪生机 械模型。 3.如权利要求1所述的一种滚珠丝杠进给系统滚动结合部动态特性参数识别方法， 其 特征在于， 所述步骤S2中将孪生机械模型导入有限元软件COMSOL  Multiphysics的多体动 力学模块， 根据实际情况选取一系列匹配的弹性关节等效各滚动结合部， 分别定义每个结 合部x,y,z方向上的总刚度和总阻尼， 再设置材料属性、 约束条件以及划分网格， 从而建立 可以同时考虑多个滚动结合部及其不同方向动态特性参数的滚珠丝杠进给系统动力学孪 生有限元模型。 4.如权利要求1所述的一种滚珠丝杠进给系统滚动结合部动态特性参数识别方法， 其 特征在于， 所述步骤S3中根据赫兹接触理论及文献调研情况， 确定各滚动结合部不同方向 刚度、 阻尼参数的取值范围， 并在取值空间内随机、 均匀、 无序取样， 获取6000组待识别的动 态特性参数样本点， 将动态特性参数作为有限元分析的输入项； 利用有限元软件COMSOL   Multiphysics的参数化扫描功能， 自动逐组提取输入参数并代入有限元模型进行模态分 析， 求解出6000组对应的不同输入条件下的滚珠丝杠进给系统前六阶固有频率， 以此作为 有限元分析的输出项， 由此生成了滚珠丝杠进给系统数字 孪生动力学模型的孪生数据。 5.如权利要求1所述的一种滚珠丝杠进给系统滚动结合部动态特性参数识别方法， 其 特征在于， 所述步骤S4中以待识别的滚动结合部动态特性参数作为输入、 滚珠丝杠进给系 统前六阶固有频率为输出， 分别设计具有2～10层隐含层的DNN模型； 以步骤S3中生成的孪 生数据作为数据集对构建的DNN模型进 行训练， 从而确定最佳的 隐含层层数， 进而完成滚珠 丝杠进给系统动力学孪生数据模型 的建立； 通过融合孪生机械模型、 孪生有限元模型和孪 生数据模型， 完成建立滚珠丝杠进给系统动力学 数字孪生模型。 6.如权利要求1所述的一种滚珠丝杠进给系统滚动结合部动态特性参数识别方法， 其 特征在于， 所述步骤S5中利用LMS  Test.Lab振动噪声测试系统， 通过单点激振多点拾振的 方法对滚珠丝杠进给系统进行模态测试， 获取 该系统的实验 模态结果。权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114091300 A 27.如权利要求1所述的一种滚珠丝杠进给系统滚动结合部动态特性参数识别方法， 其 特征在于， 所述步骤S 6中将待识别的刚度、 阻尼参数作为设计变量， 以各个动态特性参数取 值范围作为约束 条件， 结合模态测试测得的固有频率 实验值与数字孪生动力学模型驱动的 固有频率预测值构建优化目标函数， 建立滚珠丝杠进给系统滚动结合部动态特性参数识别 的优化模 型， 利用粒子群优化算法进 行求解， 同时识别所有滚动结合部不同方向的刚度、 阻 尼参数。 8.如权利要求1所述的一种滚珠丝杠进给系统滚动结合部动态特性参数识别方法， 其 特征在于， 所述步骤S7中将寻优识别的刚度、 阻尼参数代入孪生有限元模型中进行模态分 析， 求得基于已识别参数 的滚珠丝杠进给系统前六阶固有频率， 并分别与对应阶次的实验 结果进行比较， 计算 其相对误差， 进 而检验本发明方法的正确性和精度。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114091300 A 3