[發(fā)明專利]一種模擬空間飛行器壁板結(jié)構(gòu)顫振/振動控制裝置與方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310321779.2
• 申請日: 2013-07-29
• 公開（公告）號: CN103399570A
• 公開（公告）日: 2013-11-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 邱志成;馬彪
• 申請（專利權(quán)）人: 華南理工大學(xué)
• 主分類號: G05B23/02
• 分類號: G05B23/02;G01M7/02
• 代理公司: 廣州粵高專利商標(biāo)代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍

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技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及大型柔性兩端固支板結(jié)構(gòu)振動控制，特別是涉及一種模擬空間飛行器結(jié)構(gòu)的振動主動控制裝置和方法。具體說是提供一種模擬空間飛行器的壁板結(jié)構(gòu)，采用傳感器/驅(qū)動器優(yōu)化配置實現(xiàn)振動主動控制的裝置和方法。

背景技術(shù)

壁板結(jié)構(gòu)的顫振與振動主動控制技術(shù)，一向是航空領(lǐng)域內(nèi)十分關(guān)注的重要問題。為了減輕結(jié)構(gòu)重量，新一代空天飛行器的結(jié)構(gòu)設(shè)計中更多的采用薄壁結(jié)構(gòu)，對這一類飛行器結(jié)構(gòu)進(jìn)行超音速或者高超音速飛行下的氣動彈性分析就顯得尤為重要。壁板顫振是其中一個重要的研究課題。所謂壁板顫振，是指高速飛行器的壁板結(jié)構(gòu)（如機(jī)翼蒙皮）在超音速氣流中的一種自激振動現(xiàn)象?？臻g飛行器高速飛行過程經(jīng)不確定擾動激勵而發(fā)生振動時，壁板結(jié)構(gòu)在慣性力、彈性力、熱載荷以及作用于壁板一個表面上的氣動力的共同作用下，將可能產(chǎn)生復(fù)雜氣動彈性動力學(xué)不穩(wěn)定現(xiàn)象，采用大變形非線性結(jié)構(gòu)理論進(jìn)行研究可以發(fā)現(xiàn)，壁板的響應(yīng)不會在超過某個臨界值后由收斂立即轉(zhuǎn)為發(fā)散，而是存在極限環(huán)振動的形式。當(dāng)來流速度在一定的速度范圍中時，壁板的振動是等幅的簡諧振動且幅值隨來流速度的增加而增大。通過相關(guān)研究報告可知，壁板出現(xiàn)顫振現(xiàn)象后，一般不會立刻導(dǎo)致災(zāi)難性的結(jié)構(gòu)破壞，而是以穩(wěn)定極限環(huán)的形式振動，對壁板結(jié)構(gòu)的疲勞壽命甚至飛行器的飛行性能產(chǎn)生十分不利的影響。因此，壁板結(jié)構(gòu)顫振/振動的主動控制就成為了當(dāng)今世界普遍關(guān)注而富有挑戰(zhàn)性的重要課題和難點(diǎn)。針對壁板結(jié)構(gòu)的顫振/振動控制，為保證其工作穩(wěn)定性，必須使它們具有自適應(yīng)性和主動控制能力，近年來發(fā)展起來的智能結(jié)構(gòu)控制技術(shù)對太陽能帆板的振動進(jìn)行控制提供了思路。

用智能材料實現(xiàn)振動的主動控制，如今在國內(nèi)外科研中已經(jīng)被廣泛應(yīng)用，并通過大量的實驗驗證了其合理性、可行性和有效性。雖然主動減振智能結(jié)構(gòu)的研究仍然在不斷深入，然而目前這一領(lǐng)域的研究尚未形成完善、系統(tǒng)的設(shè)計理論和方法，仍有許多問題尚待研究解決。針對空間飛行器壁板結(jié)構(gòu)的建模方面，當(dāng)前的研究主要利用解析法建模，一般情況下，只有簡單的模型才存在解析解，而實際的模型大都比較復(fù)雜，它們并不存在解析解。針對空間飛行器壁板結(jié)構(gòu)的振動控制方面，現(xiàn)有的實驗平臺及方法，多針對懸臂梁及懸臂板等模型，而這與實際空間飛行器的模型是不相符的；在實際系統(tǒng)中，使用壓電陶瓷片實現(xiàn)振動控制同時存在數(shù)目和位置優(yōu)化問題，同時殘余模態(tài)帶來的觀測控制“溢出”問題并沒有很好的解決。該類結(jié)構(gòu)的傳感器和驅(qū)動器優(yōu)化配置問題：即傳感器與驅(qū)動器的最優(yōu)數(shù)量選擇、最佳尺寸和位置優(yōu)化配置問題并沒有很好的解決。上海大學(xué)的朱曉錦教授申請的

相關(guān)專利，專利申請?zhí)枮?01110033009，發(fā)明名稱“臨近空間飛行器模型的振動主動控制實驗平臺及方法”，該申請專利中，針對臨近空間飛行器機(jī)翼結(jié)構(gòu)的顫振/振動，利用壓電陶瓷片傳感器進(jìn)行實時感知，并根據(jù)傳感器信號產(chǎn)生實時控制策略。壁板結(jié)構(gòu)的顫振/振動與機(jī)翼結(jié)構(gòu)的顫振/振動是不同的，采用兩端固支板結(jié)構(gòu)與實際中壁板結(jié)構(gòu)更為接近。對于傳感器的選用，實際應(yīng)用中壓電陶瓷片存在易老化、不易更換等缺點(diǎn)，而加速度傳感器易于更換，更適合于采集頻率較高的信號。因此，本發(fā)明同時采用壓電陶瓷應(yīng)變片和加速度傳感器作為振動信號傳感器，不僅保障了系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，而且可以進(jìn)行不同控制方法的研究比較。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述技術(shù)問題，本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決上述技術(shù)問題。

本發(fā)明的首要目的是提供一種模擬空間飛行器壁板結(jié)構(gòu)顫振/振動控制裝置。本發(fā)明的另一個目的在于提供一種利用上述裝置的控制方法。

?一種模擬空間飛行器壁板結(jié)構(gòu)顫振/振動控制裝置，該控制裝置的柔性板寬度方向的兩對邊通過機(jī)械夾持裝置固定，壓電陶瓷片參考信號傳感器和壓電陶瓷片控制傳感器分別粘貼在柔性板的橫向靠近兩固定端50mm處、縱向中線位置處；柔性板的幾何中心位置處安裝有一個加速度傳感器作為控制傳感器；在柔性板左端，橫向靠近固定端25mm處，雙面對稱粘貼8片壓電陶瓷片，每面四片，壓電陶瓷片雙面極性相反并聯(lián)連接在一起構(gòu)成一路壓電陶瓷片激勵驅(qū)動器；在柔性板右端，橫向靠近固定端25mm處，雙面對稱粘貼8片壓電陶瓷片，每面四片，壓電陶瓷片雙面極性相反并聯(lián)連接在一起構(gòu)成一路壓電陶瓷片控制驅(qū)動器；?