[发明专利]一种振动模拟系统的随机振动模拟方法

说明书

本发明一种振动模拟系统的随机振动模拟方法属于振动模拟领域，涉及一种振动模拟系统的随机振动模拟方法。该方法采用振动模拟系统进行随机振动，首先利用计算机产生高频白噪声，通过该高频白噪声与正弦信号相乘得到伪随机信号，作为目标控制信号。实时采集俯仰方向、偏航方向加速度信号，经过信号放大器的放大，传给俯仰方向和偏航方向振动发生器，使其产生支杆俯仰和偏航方向的振动。振动模拟系统由俯仰方向和偏航方向加速度传感器、俯仰方向和偏航方向振动发生器、飞行器模型、测力天平、支杆、计算机、信号放大器及实时控制器组成。该方法实现了振动信号的负反馈控制，提高了风洞试验中算法有效性和风洞试验的安全性，振动模拟精度高。

技术领域

本发明属于振动模拟领域，涉及一种振动模拟系统的随机振动模拟方法。

背景技术

风洞试验模型主动振动抑制方法的研究，对提高风洞模型试验数据质量，保证试验的安全性等具有重要的意义。风洞试验前，在实验室进行相应的地面试验是提高试验效率和保证安全性的有效途径。现有的实验室试验方法主要有有限元仿真、脉冲响应试验(锤击试验)和激振试验等。

中国空气动力研究与发展中心的鲍禄强等人于2015年在《制造业自动化》第37卷第五期发表了文章《风洞模型支撑随机振动响应分析研究》，利用ABAQUS软件对风洞模型进行了随机振动响应分析，得到与风洞试验结果基本一致的振动响应水平，但由于安装配合、对压电陶瓷等的建模不准确等原因，有限元分析不能完全拟合实际工况，模拟结果无法作为风洞试验的有效参考。美国国家航空航天局(NASA)的S.Balakrishna等人于2007年发表了文章标识号为AIAA2007-961的文章《Development of a Wind Tunnel ActiveVibration Reduction System》，在风洞试验前采用了脉冲响应试验，对系统的固有频率、阻尼系数及振动衰减时间进行了测量和计算。南京航空航天大学机械结构力学与控制国家重点实验室的沈星等人于2014年在《振动、测试与诊断》第34卷第三期发表了文章《风洞悬臂杆结构主动减振系统的研究》，在风洞试验前利用激振器进行了地面试验，探究了神经网络PID算法与传统PID算法在地面试验的有效性。

上述试验方法均存在的问题是锤击和激振试验无法模拟飞行器在风洞环境下俯仰偏航多维度振动情况，无法模拟飞行器在风洞工况下实际振动状态，对于参数的调整和算法有效性的判断存在局限性。另外，锤击和激振试验无法控制各次试验的力作用点、大小及其方向，影响实验室抑振试验变量控制。

发明内容

本发明为克服现有技术的缺陷，发明一种振动模拟系统的随机振动模拟方法。该方法将振动发生器固定安装于飞行器模型内，防止由于锤击点的不同以及激振器与飞行器模型的接触点的偏移导致的振动方向大小的变化，从而影响抑振试验的变量控制。通过设置俯仰、偏航两方向的振动发生器以及俯仰、偏航两方向的加速度传感器，实现了振动信号的负反馈控制。使得振动状态更接近风洞试验时飞行器模型的振动状态，方便实验室工况下参数的调整，提高风洞试验中算法的有效性，防止由于算法等可控原因导致的风洞试验装置的破坏，提高风洞试验的安全性，提高了振动模拟的精确性。

本发明采用的技术方案是一种振动模拟系统的随机振动模拟方法，其特征是，随机振动模拟方法首先利用计算机产生高频白噪声，通过该高频白噪声与正弦信号相乘得到伪随机信号，作为目标加速度信号；实时采集俯仰方向、偏航方向加速度信号，计算目标加速度信号与实时加速度信号差值，输出的电压经过信号放大器的放大，传给俯仰方向和偏航方向振动发生器，使其产生支杆俯仰和偏航方向的振动，实现实验室环境下飞行器模型的随机振动模拟；方法的具体步骤如下：

步骤1产生目标加速度值

利用计算机8产生高频白噪声，通过该高频白噪声与正弦信号相乘得到伪随机信号，作为目标加速度信号；其中，俯仰方向伪随机信号为y(t)，偏航方向伪随机信号为z(t),其公式为：