[发明专利]变转速螺旋桨轴系纵向和横向多模态振动控制装置及方法

权利要求书

1.一种变转速螺旋桨轴系纵向和横向多模态振动控制装置，其特征在于，包括：供电装置静止端(1)、供电装置旋转端(2)、压电分流电路(3)和切换/扫频电路(4)；

供电装置旋转端(2)与压电分流电路(3)连接在变转速螺旋桨轴系的转轴上，随所述转轴同步旋转，供电装置静止端(1)设置在供电装置旋转端(2)的外侧，切换/扫频电路(4)与压电分流电路(3)电连接，压电分流电路(3)与供电装置旋转端(2)电连接；

其中，切换/扫频电路(4)控制压电分流电路(3)中的电感和电阻的值按照预设的规律周期性变化；

切换/扫频电路(4)包括：切换电路或扫频电路；

切换电路：控制压电分流电路(3)中的电感和电阻的值按照预设的规律呈阶梯状周期性变化；

扫频电路：控制压电分流电路(3)中的电感和电阻的值按照预设的规律平滑的周期性变化；

所述扫频电路根据需要控制频段的固有频率和期望的控制效果来确定下限值ω₀和上限值ω₁、扫频频率f_s和扫频指数^p，从而固有频率按照以下方式变化，使扫频变化图像一定规律地覆盖切换电路中的频率图像ω_sw(t)＝ω₀+(ω₁-ω₀)sin(2πf_st)^p，扫频频率f_s通过动能功率谱密度比率法确定，扫频角频率为2πf_s；

寻找电路固有频率与最优电感电阻值之间的关系，将电感值、电阻值用电路固有频率来表示，电路固有频率变化时，电感电阻也随之变化，从而连续变化得以实现；电感按照以下方式变化：

式中C_s＝C_p-C₁，

为短路状态下压电片的模态刚度；K为模态刚度；k_ij为j方向的力和i方向的电场的机电耦合系数，为k₃₁；

子电路中C₂＝C_s/δ_opt，C₁根据实际情况选择，通常按C₁＝0.55C_p，C_p为压电片的固有电容；

寻最优电阻和频率变化之间的关系，已知各阶固有频率处的最优电感和电容值，通过动能功率谱密度比率法，求出各阶固有频率处的最优电阻，对固有频率下限值ω₀和上限值ω₁频率之间的各阶固有频率的最优的电阻和电感参数的离散点进行线性拟合，得到电阻和电感之间的关系：

R_s(t)＝k₀+k₁L_s(t)

将L_s(t)带入上式得到电阻值R_s随时间t的变化关系：

式中k₀、k₁为线性拟合得到的系数。

2.根据权利要求1所述的变转速螺旋桨轴系纵向和横向多模态振动控制装置，其特征在于，压电分流电路(3)包括：压电片、第一负电容、第二负电容、电感和电阻；

所述压电片连接在所述转轴上，所述电阻、所述电感和所述第二负电容依次串联，并与所述压电片的固有电容串联，增强机电耦合系数，所述第一负电容与所述压电片的固有电容并联，抵消所述压电片的固有电容。

3.根据权利要求1所述的变转速螺旋桨轴系纵向和横向多模态振动控制装置，其特征在于，所述切换电路由单片机控制不同压电分流电路支路的切换时间，从而控制压电分流电路(3)中的电感和电阻的值按照预设的规律呈阶梯状周期性变化。

4.根据权利要求1所述的变转速螺旋桨轴系纵向和横向多模态振动控制装置，其特征在于，所述扫频电路通过Dspace控制平台或DSP电路实现合成阻抗电路，从而等效为压电分流电路(3)中的电感和电阻的值按照预设的规律平滑的周期性变化。