[發明專利]基于平滑預測策略的多傳感器風洞支桿抑振方法

有效

• 申請號: 201710599475.0
• 申請日: 2017-07-24
• 公開（公告）號: CN107462394B
• 公開（公告）日: 2019-04-16
• 發明（設計）人: 劉巍;姜雨豐;劉惟肖;袁曉晶;張家昆;魯繼文;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: G01M9/06
• 分類號: G01M9/06
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 關慧貞

本發明基于平滑預測策略的多傳感器風洞支桿抑振方法屬于風洞試驗技術領域，涉及一種基于平滑預測策略的多傳感器風洞支桿抑振方法。該方法采用視覺測量的方法實時觀測振動相位狀態，利用加速度傳感器得到振動信息，針對濾波處理時發生的信號時滯，結合視覺測量和加速度傳感器的信息，應用平滑預測策略，得到實時的加速度預測值作為測量信號；通過控制器計算，經過功率放大器放大，實現對壓電作動器的控制進而實現風洞模型振動的主動抑制。該方法兼具加速度傳感器準確和視覺測量快速的優點，彌補了以往試驗方法由于濾波延時的問題，可靠性強、魯棒性好，適合風洞實驗實際測量中的應用。

技術領域

本發明屬于風洞試驗技術領域，具體涉及一種基于平滑預測策略的多傳感器風洞支桿抑振方法。

背景技術

風洞試驗是依據運動的相對性原理，將飛行器的模型或實物固定在地面人工環境中，人為制造氣流流過，以此模擬空中各種復雜的飛行狀態，獲取實驗數據，在設計飛行器的過程中，必須進行風洞試驗。

在風洞試驗過程中，需要對飛行器進行支撐。一般采用尾部支撐方式，其對流場的影響最小。尾部支撐系統由彎刀、支桿、測力天平和模型等相連組成，是一個典型的懸臂式結構。尾部支撐的支桿長度一般是模型長度的三到五倍，該幾何結構使系統剛度較低。而風洞試驗時，模型受到寬頻帶的氣動載荷激勵，模型-支桿系統的響應主要表現為在一階固有頻率處產生的低頻、大幅振動，即當有氣流脈動載荷出現在風洞支桿模型系統的一階固有頻率附近時，耦合容易發生，將會導致模型的低頻大幅振動。該種低頻大幅值振動會導致測力天平不能正常工作，風洞實驗獲得的氣動數據的精確度降低，嚴重時甚至對風洞模型-天平-支桿支撐系統造成損壞，影響風洞運行的安全。由于風洞流場環境復雜，且風洞試驗模型形態、位姿各不相同，支桿式風洞模型振動主動控制難度較大。振動信號經過傳感器測量，控制器處理得到壓電陶瓷作動器作動信號，最后經由支桿中內嵌的壓電作動器的作用實現支桿式風洞模型振動的主動控制。

H.Fehren等人在《ETW-High Quality test performance in CryogenicEnvironment》[J].AIAA paper,2000,2206:2000中正式將主動振動抑制裝置應用于風洞試驗，并引入了安全性更高的碳纖維構件。2007年以來，ETW在《Tools and techniques forhigh Reynolds number testing status and Recent improvements at ETW》[J].AIAA-Paper,2003,755:2003中研發了三代主動振動抑制技術。國內的科研工作者對該問題研究起步較晚，但也取得了一定的研究成果，并且在不斷的向國際領先水平邁進。2005年，哈爾濱工程大學楊恩霞等人在《大攻角張線－尾撐組合支撐設備的設計》[J].機械工程師,2005(7):113-114中，設計了張線－尾撐組合支撐設備，該設備具有剛度好、固有頻率高等優點，但會使風洞試驗模型的外形產生不利用實驗數據測量的變化。2013年，中國空氣動力研究與發展中心設備設計及測試技術研究所黎壯聲等人在《風洞模型振動主動控制系統研制》[A].中國空氣動力學會測控技術專委會第六屆四次學術交流會中，設計了基于FPGA實時控制器的主動控制系統，分別嘗試了包括PID控制、模糊控制、神經網絡廣義預測控制的三種控制算法。以上均在控制振動方面上取得了效果，但現有的傳統控制算法在該領域并未考慮到信號濾波延時的問題。濾波延時會使反饋信號與測量信號存在一定的時間延遲，使控制器驅動作動器并不能完好地實現控制算法的目標，在風洞流場以及試驗模型變化時易造成系統失穩和主動振動控制失效。

發明內容