[發明專利]風洞模型支桿抑振系統作動器布局優化方法

有效

• 申請號: 201610173721.1
• 申請日: 2016-03-24
• 公開（公告）號: CN105868535B
• 公開（公告）日: 2018-02-16
• 發明（設計）人: 劉巍;劉惟肖;張家昆;賈振元;魯繼文;馬建偉
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G06F19/00
• 分類號: G06F19/00;G01M9/04
• 代理公司: 大連理工大學專利中心21200
• 代理人: 關慧貞

1.一種風洞模型支桿抑振系統作動器布局方法，其特征是，布局方法通過在風洞環境下測量一段時間內飛行器模型在垂直于支桿軸線的二維平面內振動加速度信號，獲得偏移矢量，解算出振動主相位角度；在主相位正交坐標系下分解振動偏移矢量，建立兩正交方向上振幅均值的統計量；構建作動器驅動支桿在主相位與正交方向上最大輸出彎矩與布局偏角間的函數關系，通過抑振需求與輸出能力間的匹配，獲得布局偏角，最終實現對作動器位置的合理化布局；具體步驟如下：

第一步二維振動矢量主相位角解算

將主相位方向定義為二維振動偏移最顯著的方向，主相位角為平均振動方向與俯仰偏航坐標軸正方向之間的夾角，用來確定作動器分布的整體偏角，主相位角的求解需要對振動偏移矢量進行統計；首先，將置于支桿模型系統自由端的加速度傳感器采集到的二維振動加速度信號轉化為振動偏移量信號；

xi=Σm=0i12(axm+1+axm)·Δtyi=Σm=0i12(aym+1+aym)·Δt---(1)]]>

其中，x_i,y_i分別為第i個采樣時刻系統在偏航與俯仰方向上振動的偏移量，ax_m,ax_m+1,ay_m,ay_m+1分別為在第m,m+1個采樣時刻偏航與俯仰方向上振動加速度的測量值，Δt為采樣間隔；

然后，解算出各采樣時刻二維振動偏移矢量的大小與方向，構建二維振動偏移矢量

|fi→|=xi2+yi2∠fi→=arctan(yixi)∠fi→∈(0,π)---(2)]]>

分別表示在第i個采樣時刻振動偏移矢量的大小與方向；x_i,y_i分別為第i個采樣時刻對應的偏航和俯仰方向上的振動偏移量；通過構建上述振動偏移矢量，由公式(3)求取代表振動信號的振動顯著方向的主相位角α：

α=Σi=0n|fi→|·∠fi→Σi=0n|fi→|---(3)]]>

第二步主相位正交坐標系下抑振性能需求評估

根據主相位方向與其正交方向建立主相位正交坐標系(x_α,y_α)，將二維振動矢量分解到主相位正交坐標系(x_αi,y_αi)坐標軸方向上；其中，x_i,y_i分別為第i個采樣時刻系統在偏航與俯仰方向上振動的偏移量；x_αi,y_αi分別為第i個采樣時刻偏移矢量在主相位正交坐標系下分解得到的坐標：

xαi=xicos(π2-α)-yisin(π2-α)yαi=yicos(π2-α)+xisin(π2-α)---(4)]]>

通過公式(5)分別統計沿主相位方向y_α與正交方向x_α上振動偏移分量絕對值的均值正交方向上振幅均值的統計量用以定量地評價振動信號對抑振器在主相位與正交方向上振動的嚴重程度，即在對應方向上振動抑制能力的需求；

Xα‾=Σi=0n|xαi|nYα‾=Σi=0n|yαi|n---(5)]]>

第三步基于需求匹配的布局偏角解算

為使作動器在主相位與正交方向上輸出能力分配最合理，應使作動器在兩個方向上輸出能力與對應方向上抑振性能的需求相互匹配，即作動器的極限彎矩輸出能力與對應方向上振動偏移分量絕對值的均值成正比：

2Fr·cos(β)2Fr·sin(β)=Yα‾Xα‾---(6)]]>

其中，F為單個作動器的標稱推力，β為作動器相對于主相位方向的夾角，r為作動器到支桿彎曲中心的距離，2Fr·cos(β)為抑振器在主相位方向上的極限彎矩輸出能力；2Fr·sin(β)為抑振器在正交方向上的極限彎矩輸出能力；分別表示正交與主相位方向上振動偏移分量絕對值的均值；進而，解得布局偏角β：

β=arctan(Xα‾Yα‾)---(7)]]>

通過求得的主相位角α和布局偏角β就能確定抑振器中各作動器的位置分布。