[发明专利]一种风洞模型振动的风载自减振方法

摘要

本发明属于风洞实验技术领域，涉及一种风洞模型振动的风载自减振方法。该方法基于能量法，实时调整飞行器模型与支杆的夹角来改变模型位姿。该风载自减振方法采用加速度传感器所测得的加速度信号作为反馈信号，反映系统振动情况，利用控制器中特定的控制算法解算出作用压电陶瓷作动器上控制信号，经功率放大器进行信号放大，传输至压电陶瓷作动器，实现对压电陶瓷作动器的控制进而实现风洞模型位姿调整，达到减振的目的。

主权项

1.一种风洞模型振动的风载自减振方法，其特征是，该方法采用加速度传感器将所测得的加速度信号作为反馈信号，反映系统振动情况，经数据采集卡的采集和传输，利用控制器中特定的控制算法解算出作用压电陶瓷作动器上控制信号，经功率放大器进行信号放大，传输至压电陶瓷作动器，实现对压电陶瓷作动器的控制，进而实现风洞模型位姿调整，达到减振的目的；方法的具体步骤如下：步骤一 搭建风洞模型振动的风载自减振硬件系统将加速度传感器(1)按要求安装在飞行器(10)上，压电作动器(7)和位移放大装置(6)安装在支杆(8)的尾端；连接支杆(8)和飞行器(10)；将支杆(8)与攻角调整装置(9)固定连接；将数据采集卡(3)安装在计算机(2)主板上；连接加速度传感器(1)和数据采集卡(3)；分别依次连接计算机(2)、控制器(4)、功率放大器(5)和压电作动器(7)；步骤二 由加速度解算支杆尾端的瞬时位移启动计算机(2)、控制器(4)和功率放大器(5)，由加速度传感器测得的加速度信号，利用式(1)，结合运动初值信息，经过连续两次积分，得到支杆尾端的瞬时位移；x＝∫(∫adt+v0)dt+x0   (1)其中，a为加速度传感器测得的支杆振动瞬时加速度，v0为速度初值，x0为位移初值，x为支杆尾端振动的瞬时位移；步骤三 计算位移对应的瞬时转角偏差利用得到的支杆尾端振动的瞬时位移，根据支杆尾端到支杆与攻角调节机构固支端的距离，用式(2)计算支杆尾端瞬时转角偏差θ；θ＝arctan(x/L)    (2)其中，L为支杆尾端到支杆与攻角调节机构固支端的距离；步骤四 计算无控制状态下的能量情况假设风载情况和支杆系统稳定时，连续几个周期的振动为等幅振动；在短时间内，风载为恒定方向，方向为垂直平衡位置向上，大小恒定，风载密度大小为f；在某时刻，飞行器模型受到风载的大小为T＝fSsinα＝Fsinα    (3)其中，S为飞行器与风载的有效接触面积，α为风载与垂直飞行器方向的夹角；振动过程中，设振幅最大时的支杆与平衡位置的夹角为θm；向上运动过程中，若风载与飞行器模型运动方向相同，做正功，整个系统能量增加；对于长L的支杆系统，一个周期内做正功为：而向下运动过程中，风载与飞行器模型运动方向相反，做负功，整个系统能量减少；一个周期内做负功为：步骤五 计算有控制状态下的能量情况向上偏转飞行器模型与支杆的偏角而在平衡位置下方时，向下偏转这种情况下，整个正功过程风载做功最小；此时，一个周期内风载做正功W₊:做负功的过程中，调整飞行器模型的位姿，在平衡位置上方时，向下偏转，若在平衡位置下方时，向上偏转偏角使整个负功过程风载做功最大；即一个周期内风载做负功W_{_}为：设一个周期内系统消耗的能量为E：实际振动中，不允许θm过大，当θm<30°时，公式(8)中的(1‑2sinθm)>0，即一个周期内，系统消耗的能量E>0恒成立，该系统能够保持能量耗散，达到减振效果；得到模型与支杆的偏角步骤六 建立控制输出信号u与加速度a的关系由公式(2)和公式(9)解算出模型与支杆的偏角Φ与加速度a的关系为：Φ＝f(a)                       (10)u＝g(a)                       (11)由机电耦合性能和位移放大装置比例得到输出信号u与模型与支杆的偏角Φ的关系，进而得到输出信号u与加速度a的关系为公式(11)。