[发明专利]一种基于时滞补偿的风洞支杆抑振方法

说明书

本发明一种基于时滞补偿的风洞支杆抑振方法属于风洞试验技术领域，具体涉及一种基于时滞补偿的风洞支杆抑振方法。该方法采用锤击法对支杆式风洞模型悬臂梁系统进行模态测试，获得系统的频率响应函数。采用LQR算法计算状态反馈增益矩阵，根据观测输出采用卡尔曼滤波器估计系统的全部状态。李萨如图形分析振动控制中加速度传感器与压电作动器激励信号的相位差，在控制器中编制移相算法程序做时滞补偿，最终实现该主动振动控制。采用该方法可消除时滞影响，灵活性好，可调角度范围大，解决了现有的风洞地面实验中，模型振动由于时滞影响系统的安全问题。该方法可调性强，适合风洞地面实验的实际测量。

技术领域

本发明属于风洞试验技术领域，具体涉及一种基于时滞补偿的风洞支杆抑振方法。

背景技术

风洞试验是依据运动的相对性原理，将飞行器的模型或实物固定在地面人工环境中，人为制造气流流过，以此模拟空中各种复杂的飞行状态，获取实验数据，是现代飞机研制和生产的重要环节。

风洞实验中风洞模型一般采用尾部支撑方式，模型的尾部连接测力天平和支杆，并将支杆的尾部固定在弯刀上面，风洞模型-天平-支杆系统形成一个典型的悬臂梁结构。该种支撑方式对模型周围流场影响较小，但是由于尾部支撑的支杆长度一般是模型长度的三到五倍，该悬臂梁结构的系统刚度较低，在进行风洞实验时模型受到频率范围较宽的气动载荷激励，弯刀-支杆-模型悬臂梁系统会在一阶固有振动频率处产生低频、大振幅的振动。风洞模型的振动幅值会随着实验中模型攻角的增大而增大，该种低频大幅值振动会导致测力天平不能正常工作，风洞实验获得的气动数据的精确度降低，严重时甚至对风洞模型-天平-支杆支撑系统造成损坏，影响风洞运行的安全。由于风洞流场环境复杂，且风洞试验模型形态、位姿各不相同，支杆式风洞模型振动主动控制难度较大。振动信号经过传感器测量，控制器处理得到压电陶瓷作动器作动信号，最后经由支杆中内嵌的压电作动器的作用实现支杆式风洞模型振动的主动控制。

H.Fehren等人在《ETW-High Quality test performance in CryogenicEnvironment》[J].AIAA paper,2000,2206:2000中正式将主动振动抑制装置应用于风洞试验，并引入了安全性更高的碳纤维构件。2007年以来，ETW在《Tools and techniques forhigh Reynolds number testing status and Recent improvements at ETW》[J].AIAA-Paper,2003,755:2003中研发了三代主动振动抑制技术，并将三代技术共同应用。国内的科研工作者对该问题研究起步较晚，但也取得了一定的研究成果，并且在不断的向国际领先水平迈进。2005年，哈尔滨工程大学杨恩霞等人在《大攻角张线－尾撑组合支撑设备的设计》[J].机械工程师,2005(7):113-114中，设计了张线－尾撑组合支撑设备，该设备具有刚度好、固有频率高等优点，但会使风洞试验模型的外形产生不利用实验数据测量的变化。2013年，中国空气动力研究与发展中心设备设计及测试技术研究所黎壮声等人在《风洞模型振动主动控制系统研制》[A].中国空气动力学会测控技术专委会第六届四次学术交流会中，设计了基于FPGA实时控制器的主动控制系统，分别尝试了三种控制算法(PID算法、模糊控制算法、神经网络广义预测控制算法)。以上方法均存在信号迟滞的问题：信号在整个传输过程中，滤波器滤波、控制器计算、传感器与作动器的异位响应等环节均产生了时滞现象，相位滞后导致系统为非最小相系统，系统不稳定。现有的传统控制算法在该领域并未考虑到信号时滞的问题，在风洞流场以及试验模型变化时易造成系统失稳和主动振动控制失效。

发明内容