[发明专利]一种基于压电技术的风洞实验支杆振动抑制系统及方法

说明书

本发明提供了一种基于压电技术的风洞实验支杆振动抑制系统及方法，该系统包括激光位移传感器、数据采集器、控制计算模块、闭环放大模块和压电作动器，激光位移传感器采集被控支杆法向振动位移，法向振动位移信号通过数据采集器转换为法向振动位移数字量，法向振动位移数字量作为反馈控制输入送到控制计算模块，在控制计算模块中进行PID控制得到作动控制电压信号，该信号经过放大后驱动压电作动器产生作动力增加系统结构阻尼，对风洞实验中支杆的振动进行抑制，降低风洞启动冲击载荷对模型的冲击带来的支杆振动、保护风洞测试装置和被测模型结构、提高动态风洞实验数据信噪比。

技术领域

本发明应用领域为地面风洞实验，涵盖实验装置振动抑制系统及方法，属于空气动力学及航天航空工程领域。

背景技术

在地面风洞实验过程中，暂冲式风洞启动时，由于气流的冲击作用，使得实验模型及支杆承受很大的动态冲击载荷，一般为静态的3～5倍。对暂冲式风洞来说，在启动阶段，无法避免会出现这样的动态载荷引起的冲击，这样的载荷会引起采集信号信噪比降低，给被测设备的风洞实测试带来额外误差，偏离真实物理过程，在极端情况下还会导致风洞内被测模型或风洞测试用支杆内的天平破坏，一旦天平被破坏，更换和维修天平非常麻烦而且费用也非常昂贵。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术不足，提供一种基于压电技术的风洞实验支杆振动抑制系统及方法，解决风洞试验装置中的被测模型或风洞测试用支杆相连的天平被动态冲击载荷破坏和降低风洞测试信噪比的问题，提高风洞测试装置和被侧模型结构安全性及信噪比，从而提高测试精度。

本发明的技术方案为：

一种基于压电技术的风洞实验支杆振动抑制系统，该系统包括激光位移传感器、数据采集器、控制计算模块、闭环放大模块和压电作动器，激光位移传感器用来测量被控支杆上预设位移监测点的法向振动位移并转换为法向振动位移电压信号，该法向振动位移电压信号输入到数据采集器中进行采样和模数转换，转换为法向振动位移数字量，并将法向振动位移数字量发送给控制计算模块，在控制计算模块中进行PID控制得到作动控制电压信号，将作动控制电压信号发送给闭环放大模块，闭环放大模块将作动控制电压信号放大后得到作动驱动电压，安装在被控支杆上的压电作动器在作动驱动电压的驱动下产生作动力，增加支杆系统结构阻尼，抑制被控支杆的振动。

所述位移监测点设置在被控支杆最大振动点处。

所述压电作动器为压电陶瓷作动器。

所述压电作动器在被控支杆上的位置根据风洞实验预控模态应力确定。

所述压电作动器安装在被控支杆上风洞实验预控模态最大应力点处。

当风洞实验欲控模态为二阶振动模态或多阶振动模态时，所述压电作动器安装在被控支杆上风洞实验预控模态最大应力点和次大应力点处。

该系统还包括加速度传感器，所述加速度传感器靠近被控支杆上位移监测点，实时采集支杆加速度测试点的加速度电压信号，该加速度电压信号经过数据采集器采样和模数转换，转换成数字量输出给控制计算模块，在控制计算模块中实时显示出来，用来实时监控和评估振动抑制效果。

一种基于压电技术的风洞实验支杆振动抑制方法，该方法包括如下步骤：

(1)根据选择的压电作动器的形式和应变系数，结合压电作动器在被控支杆上的安装形式，建立压电作动器驱动压电堆的驱动力控制方程；

(2)根据步骤(1)所得的驱动力控制方程计算压电作动器对被控支杆产生的驱动力项P_B、压电作动器对被控支杆产生附加弯曲刚度影响K_pz及压电作动器对被控支杆产生的附加轴向刚度影响K_px；