[发明专利]一种飞机伺服弹性频响试验自动调幅扫频方法

摘要

本发明属于飞机气动弹性试验领域，涉及飞机地面试验范畴，尤其涉及一种飞机伺服弹性频响试验自动调幅扫频方法。本发明通过反馈舵面过载自动调整扫频幅值，在保证舵面结构安全的前提下，使所有扫频点处的舵偏激振力保持最大，以激励起足够大的飞机结构响应，提高飞机-飞控组合回路响应信号信噪比、减少试验误差，提升试验结果的可靠性；同时，通过构造双曲正切-指数函数控制激励信号幅值调节过程，避免扫频过程中由于激励信号幅值突变而引起舵面剧烈响应，确保舵面结构安全；此外，充分发挥计算机实时仿真系统的优势，在试验过程中只需轻点鼠标便可调整舵面限制过载和激励信号周期等参数，具有较强的实用性。

主权项

1.一种飞机伺服弹性频响试验自动调幅扫频方法，其特征是，在飞机舵面后缘布置加速度传感器，将飞机的飞控系统反馈回路在飞控计算机舵偏指令输出端与作动器前向指令综合端之间断开，并串入实时仿真系统，在实时仿真系统内搭建自动调幅扫频仿真模型，自动调幅扫频仿真模型包括等幅步进正弦激励信号生成功能模块、自动调幅信号生成功能模块、回路动态特性计算功能模块；等幅步进正弦激励信号生成模块输出信号I(t)与自动调幅信号生成模块输出的信号w(t)相乘后，得到调幅步进正弦激励信号u(t)，调幅步进正弦激励信号u(t)一路进入回路动态特性计算模块，另一路经D/A变换后输入飞机舵面作动器前向指令综合端口，飞机舵面上的加速度传感器输出信号a_δ(t)经A/D变换后，传输给自动调幅信号生成模块，飞机的飞控计算机输出的舵偏指令信号y(t)经A/D变换后，传输至回路动态特性计算模块，回路动态特性计算模块对输入的调幅步进正弦激励信号u(t)和飞控计算机输出的舵偏指令信号y(t)进行计算，并将计算结果输出显示；其中，等幅步进正弦激励信号生成模块，在每个扫频点f_i处生成的激励信号I(t)的周期N不小于10，即：I(t)=sin2πfi(t-Ti)Ti≤t≤Ti+ti0Ti+ti<t<Ti+ti+Δt,i=0,1,2···n]]>其中：T0=0;Ti=i·Δt+Σj=1iNf0+(j-1)·Δf,i=1,2,3···n]]>ti=Nf0+i·Δf,i=0,1,2···n;fi=f0+i·Δf,i=0,1,2···n]]>f₀为扫频起始频率，Δf为频率步长，n为扫频点数，N≥10为每个扫频点处的激励信号周期数，Δt为扫频点f_i所对应的激励信号结束时间与下一扫频点f_i+1激励信号开始时间之差；调幅信号w(t)：w(t)=A-0·th(5fi·t2)·th(3fi·t2)·(fi·t2)0.15Ti≤t≤Tt+2fiA-0Ti+2fi<t≤Ti+4fi(Ai-A-0)·th(5fi·t3)·th(3fi·t3)·(fi·t3)0.15+A-0Ti+4fi<t≤Ti+7fiAiTi+7fi<t≤Ti+Nfi]]>i＝0,1,2…n其中：A-0=1.15δD]]>Ai=A-0ai1.15δD≥aδLmin(aδLai1.15δDA-0,δmaxkδ)ai1.15δD<aδL]]>式中k_δ为作动器输入指令与舵面偏角之间的转换系数，δ_D是作动器指令死区门槛值，为地面伺服弹性试验舵面限制偏角，是以频率为f_i，幅值为的正弦信号驱动舵面偏转所引起的舵面最大过载；对于每个扫频点f_i，在激励信号的第1～2周期内，调幅信号w(t)的幅值以双曲正切-指数函数形式，从零增大至在激励信号的第3～4周期内，调幅信号w(t)的幅值保持不变；在激励信号的第5～7周期内，调幅信号w(t)的幅值以双曲正切-指数函数形式，从增大至A_i；其中，若第3～4周期内舵面最大过载大于舵面限制过载则若第3～4周期内舵面最大过载小于舵面限制过载且小于舵面限制偏角所对应的作动器指令则否则在激励信号的第8～N周期内，调幅信号w(t)的幅值保持A_i不变；等幅步进正弦激励信号I(t)与调幅信号w(t)相乘，得到调幅步进正弦激励信号u(t)，即u(t)=I(t)·w(t)=A-0·th(5fi·t2)·th(3fi·t2)·(fi·t2)0.15·sin2πfi(t-Ti)Ti<t≤Ti+2fiA-0·sin2πfi(t-Ti)Ti+2fi<t≤Ti+4fi[(Ai-A-0)·th(5fi·t3)·th(3fi·t3)·(fi·t3)0.15+A-0]·sin2πfi(t-Ti)Ti+4fi<t≤Ti+7fiAi·sin2πfi(t-Ti)Ti+7fi<t≤Ti+Nfi0Ti+Nfi<t<Ti+Nfi+Δt]]>i＝0,1,2…n对每个扫频点f_i，回路动态特性计算模块同步采集后N-7个时间周期内的调幅步进正弦激励信号u(t)和飞控计算机输出的舵偏指令信号y(t)，分别对调幅步进正弦激励信号u(t)和飞控计算机输出的舵偏指令信号y(t)进行傅里叶变换，经傅里叶变换后的舵偏指令信号F[y(t)]与激励信号F[u(t)]相除，得到飞机-飞控组合回路在扫频点f_i处的动态特性G(iω_i)G(iωi)=F[y(t)]F[u(t)],Ti+7fi<t≤Ti+Nfi,i=0,1,2···n]]>并将G(iω_i)输出显示。