[发明专利]结构伺服弹性试验开环扫频信号设计方法、存储介质及检测系统

说明书

本发明提供一种结构伺服弹性试验开环扫频信号设计方法、存储介质及检测系统，设计方法包括以下步骤：确定开环扫频试验的扫频频点；计算各所述扫频频点的正弦扫频信号幅值；判断所述各扫频频点处正弦扫频信号的幅值是否大于执行机构的死区宽度：如果大于，则在该频点采用这一幅值的所述正弦扫频信号用于扫频试验；如果小于，则在该频点采用低频基础信号与所述正弦扫频信号的叠加，作为该频点的扫频信号。本发明能够在满足执行机构偏转速率约束的情况下克服执行机构的死区，解决了单独采用正弦信号进行扫频时执行机构偏转角度陷入死区之内，无法对飞行器结构产生激励的问题。

技术领域

本发明涉及航空航天领域，尤其涉及飞行器设计与试验技术，具体为用于地面结构伺服弹性试验的开环扫频信号设计方法、存储介质及检测系统。

背景技术

飞行器的非定常气动力、飞行控制系统以及飞行器结构动力之间的耦合，形成了“气动伺服弹性”问题，这可能会破坏飞行器原有的稳定性，产生自激振动，出现气动伺服弹性不稳定现象。为了避免气动伺服弹性不稳定现象的出现，必须进行气动伺服弹性稳定性分析。然而，伺服控制系统含有非线性环节，很难对其进行精确的建模，这就需要开展结构伺服弹性地面试验，采用真实的执行机构验证结构伺服系统建模的准确性并检验校正网络设计的有效性。

飞行器的结构伺服弹性试验包括开环扫频试验和闭环稳定性试验。开环扫频试验以飞行器的执行机构偏转产生的惯性力作为激励，测试控制系统与结构之间的动力耦合特性，为飞行器结构伺服弹性模型验证和稳定性分析提供依据。

开环扫频试验的扫频频率至少要高于飞行器的第三阶弹性模态频率。传统的开环扫频信号，通常为频率随时间变化的一组正弦信号。然而，对于液压摆动喷管这类执行机构，考虑到安全因素和成本，其在地面试验中只能采用中频电机等功率较低的设备进行驱动，使得摆动喷管仅能以较小的偏转角速率转动，扫频试验中可实现的最大偏转角速度要明显小于实际飞行情况下可实现的最大偏转角速度。这时，仍简单沿用传统的高频正弦信号作为扫频信号，则高频扫频信号的幅值将被执行机构的死区所淹没，执行机构无法对该高频扫频信号进行响应。

发明内容

本发明的目的在于克服部分类型的执行机构因偏转速率限制、死区特性等对高频扫频试验造成的不利影响，提供一种扫频信号的改进设计方法，在满足执行机构实际地面偏转速率限制的条件下，既保证扫频信号的频率可以满足结构伺服弹性系统模型验证的需求，又使得测试信号不会被淹没在执行机构的死区之中。

本发明提供的一种结构伺服弹性试验开环扫频信号设计方法，包括以下步骤：

确定开环扫频试验的扫频频点；

计算各所述扫频频点的正弦扫频信号幅值；

判断所述各扫频频点处正弦扫频信号的幅值是否大于执行机构的死区宽度：

如果大于，则在该频点采用这一幅值的所述正弦扫频信号用于扫频试验；

如果小于，则在该频点采用低频基础信号与所述正弦扫频信号的叠加，作为该频点的扫频信号。

其中，所述低频基础信号的频率满足执行机构偏转速率的约束，幅度包络大于执行机构的死区宽度并留有一定余量。

进一步地，所述低频基础信号采用梯形信号，所述正弦扫频信号叠加在梯形信号的直线段，梯形信号上升斜坡和下降斜坡的斜率小于执行机构的偏转速率约束，直线段幅值大于执行机构的死区宽度，并留有一定余量。

进一步地，所述低频基础信号采用频率远低于俯仰、偏航、滚动三通道开环截止频率的正弦信号。

进一步地，所述作为低频基础信号的正弦信号频率不高于扫频频率的十分之一。

进一步地，所述低频基础信号采用三角波信号。

进一步地，所述开环扫频信号设计方法还包括步骤：