[發明專利]一種風洞支桿的前后置抑振器協同抑振方法

有效

• 申請號: 201710327801.2
• 申請日: 2017-05-11
• 公開（公告）號: CN107239037B
• 公開（公告）日: 2020-04-07
• 發明（設計）人: 劉巍;姜雨豐;劉惟肖;袁曉晶;魯繼文;張家昆;周孟德;劉昱;王世紅;賈振元
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04;F16F15/00
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 關慧貞

1.一種風洞支桿的前后置抑振器協同抑振方法，其特征是，該抑振方法采用加速度傳感器將所測得的加速度信號作為反饋信號，經數據采集卡的采集和傳輸，利用控制器中特定的控制算法解算出分別作用在前置、后置抑振器上控制信號，即計算出兩組抑振器的力矩分配，經各自功率放大器進行信號放大，傳輸至前后置抑振器，實現對抑振器的控制進而實現風洞模型振動主動抑制，并消除轉角偏差；方法的具體步驟如下：

步驟一 搭建前后置抑振器協同抑振系統硬件

前后置抑振器協同抑振的風洞支桿抑振系統由被控風洞支桿裝置、檢測裝置、控制裝置、執行裝置和輔助裝置組成；被控風洞支桿裝置由攻角調整機構(9)、支桿和飛行器模型(10)構成，支桿包括支桿細部(11)，支桿過渡錐面(12)，支桿剛性段(13)，攻角調整機構(9)與支桿剛性段(13)固定連接；風洞試驗中，攻角調整機構轉動帶動支桿和飛行器達到試驗所需攻角；加速度傳感器(1)作為檢測裝置用于測量代表振動信息的加速度信號；控制裝置包括搭載了數據采集卡(3)的計算機(2)和控制器(4)為核心的控制平臺，用于將檢測信號進行計算，并按一定的控制規律輸出兩路控制信號，分別用于控制前置和后置抑振器；

執行裝置采用壓電陶瓷抑振器作為前后置抑振器，可輸出一對大小相等、方向相反的力矩，用于抵消由于外加風載引起的振動，分別布置在支桿的過渡錐面(12)和支桿細部(11)的特定位置；

輔助裝置由前置功率放大器(5)和后置功率放大器(6)組成，前置功率放大器(5)和后置功率放大器(6)分別與前置、后置抑振器連接；

步驟二 前后置抑振器協同抑振系統算法

首先由加速度解算支桿尾端的瞬時位移

由加速度傳感器測得的加速度信號，利用式(1)，結合運動初值信息，經過連續兩次積分，得到支桿尾端的瞬時位移；

x＝∫(∫adt+v₀)dt+x₀ (1)

其中，a為加速度傳感器測得的支桿振動瞬時加速度，v₀為速度初值，x₀為運動初值，x為支桿尾端振動的瞬時位移；

然后計算位移對應的瞬時轉角偏差

利用得到的支桿尾端振動的瞬時位移，根據支桿尾端到支桿與攻角調節機構固支端的距離，利用式(2)，計算支桿尾端瞬時轉角偏差；

θ＝arctan(x/L) (2)

其中，θ為支桿尾端瞬時轉角偏差，L為支桿長度；

再計算需要輸出的力矩

根據瞬時的轉角偏差和位移，利用補償的思想，計算前置和后置兩組壓電陶瓷抑振器的輸出力矩；后置抑振器到攻角調節機構的距離較接近，桿直徑較大看做剛性結構；即后置抑振器到攻角調節機構的支桿段近似地看做不產生位移和轉角；

在前置抑振器處，利用式(3)、(4)計算該處由于后置壓電抑振器作用，支桿產生的轉角偏差和位移；

其中，L₁為兩抑振器間支桿距離，θ₁、x₁分別為后置抑振器作用下在兩抑振器間產生的轉角和位移，E是材料的彈性系數，I為截面慣矩，M₁為后置抑振器輸出力矩；

在支桿尾端，利用式(5)、(6)計算該處由于前置壓電抑振器作用，支桿產生 的轉角偏差和位移；

其中，L₂為前置抑振器到支桿尾端的距離，θ₂、x₂分別為前置抑振器作用下在前置抑振器與支桿尾端間產生的轉角和位移，M₂為前置抑振器輸出力矩；

利用公式(7)、(8)計算：

θ₁+θ₂＝-θ (7)

x₁+x₂＝-x (8)

將式(3)(4)(5)(6)帶入(7)(8)，得到前置和后置兩組壓電陶瓷抑振器的輸出力矩：

最后，計算控制器輸出的電信號

根據壓電陶瓷組的工作特性公式，得到兩組壓電陶瓷抑振器的輸入電壓；

其中，c^E為電場強度恒定時的彈性柔順常數，U為壓電陶瓷薄片施加的電壓，l為陶瓷疊堆原始長度，Δl為陶瓷疊堆伸長量，M為輸出力矩，S為疊堆承載面積，n為疊堆中壓電陶瓷薄片數，d為壓電應變常數；根據安裝位置，利用公式(11)：

u₁＝f(x₁，x₂)

u₂＝g(x₁，x₂) (11)

計算出分配給控制器輸出的電信號。