[发明专利]一种风洞支杆的前后置抑振器协同抑振方法

摘要

本发明一种风洞支杆的前后置抑振器协同抑振方法属于风洞实验技术领域，涉及一种针对风洞试验中风洞模型振动的前后置抑振器协同抑振系统。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，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分别作用在前置、后置抑振器上控制信号，即计算出两组抑振器的力矩分配，经各自功率放大器进行信号放大，传输至前置、后置抑振器组。这种方法将传统的支杆两段式结构变为支杆三段式结构，实现对抑振器的控制进而实现风洞模型振动主动抑制，并消除转角偏差。该方法增加支杆力学模型的柔性，灵活性好、可调性强；适合风洞实验的实际测量。

主权项

一种风洞支杆的前后置抑振器协同抑振方法，其特征是，该抑振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，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分别作用在前置、后置抑振器上控制信号，即计算出两组抑振器的力矩分配，经各自功率放大器进行信号放大，传输至前置、后置抑振器组，实现对抑振器的控制进而实现风洞模型振动主动抑制，并消除转角偏差；方法的具体步骤如下：步骤一搭建前、后置抑振器组协同抑振系统硬件前、后置抑振器组协同抑振的风洞支杆抑振系统由被控风洞支杆装置、检测装置、控制装置、执行装置和辅助装置组成；被控风洞支杆装置由攻角调整机构(9)、支杆和飞行器模型(10)构成，支杆包括支杆细部(11)，支杆过渡锥面(12)，支杆刚性段(13)，攻角调整机构(9)与支杆刚性段(13)固定连接；风洞试验中，攻角调整机构转动带动支杆和飞行器达到试验所需攻角；加速度传感器(1)作为检测装置用于测量代表振动信息的加速度信号；控制装置包括搭载了数据采集卡(3)的计算机(2)和控制器(4)为核心的控制平台，用于将检测信号进行计算，并按一定的控制规律输出两路控制信号，分别用于控制前置和后置抑振器；执行装置采用压电陶瓷抑振器作为前、后置抑振器，可输出一对大小相等、方向相反的力矩，用于抵消由于外加风载引起的振动，分别布置在支杆的过渡锥面(12)和支杆细部(11)的特定位置；辅助装置由前置功率放大器(5)和后置功率放大器(6)组成，前置功率放大器(5)和后置功率放大器(6)分别与前置、后置抑振器连接；步骤二前后置抑振器组协同抑振系统算法首先由加速度解算支杆尾端的瞬时位移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为运动初值，x为支杆尾端振动的瞬时位移；然后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，利用式(2)，计算支杆尾端瞬时转角偏差；θ＝arctan(x/L)   (2)其中，θ为支杆尾端瞬时转角偏差，L为支杆长度；再计算需要输出的力矩根据瞬时的转角偏差和位移，利用补偿的思想，计算前置和后置两组压电陶瓷抑振器的输出力矩；后置抑振器到攻角调节机构的距离较接近，杆直径较大看做刚性结构；即后置抑振器到攻角调节机构的支杆段近似地看做不产生位移和转角；在前置抑振器处，利用式(3)、(4)计算该处由于后置压电抑振器作用，支杆产生的转角偏差和位移；θ1=M1L1EI---(3)]]>x1=M1L122EI---(4)]]>其中，L1为两抑振器间支杆距离，θ1、x1分别为后置抑振器作用下在该段产生的转角和位移，E是材料的弹性系数，I为是截面惯矩，M1为后置抑振器输出力矩；在支杆尾端，利用式(5)、(6)计算该处由于前置压电抑振器作用，支杆产的的转角偏差和位移；θ2=M2L2EI---(5)]]>x2=M2L222EI---(6)]]>其中，L2为前置抑振器到支杆尾端的距离，θ2、x2分别为前置抑振器作用下在该段产生的转角和位移，M2为前置抑振器输出力矩；利用公式(7)、(8)计算：θ1+θ2＝‑θ                     (7)x1+x2＝‑x                        (8)将式(3)(4)(5)(6)带入(7)(8)，得到前置和后置两组压电陶瓷抑振器的输出力矩：M1=EI(θL2-2x)L12-L1L2,M2=EI(θL1-2x)L22-L1L2---(9)]]>最后，计算控制器输出的电信号根据压电陶瓷组的工作特性公式，得到两组压电陶瓷抑振器的输入电压；dnU=cElsM+Δl---(10)]]>其中，cE为电场强度恒定时的弹性柔顺常数，U为压电陶瓷薄片施加的电压，l为陶瓷叠堆原始长度，Δl为陶瓷叠堆伸长量，M为输出力矩，S为叠堆承载面积，n为叠堆中压电陶瓷薄片数，d为压电应变常数；根据安装位置，利用公式(11)：u1＝f(x1，x2)u2＝g(x1，x2)  (11)计算出分配给控制器输出的电信号。