基于超聲電機(jī)作動器的二維翼段顫振主動抑制.pdf

1、本研究旨在嘗試通過超聲電機(jī)驅(qū)動的控制面來實(shí)現(xiàn)二維翼段顫振的主動抑制。超聲電機(jī)以其結(jié)構(gòu)簡單緊湊、轉(zhuǎn)矩／質(zhì)量比大、低速大扭矩、直接驅(qū)動，動態(tài)響應(yīng)快、斷電自鎖和不產(chǎn)生磁場且不受外界磁場干擾等優(yōu)點(diǎn)，有望成為一種非常有前途的作動器，用于小型飛機(jī)的機(jī)翼顫振主動抑制。本文通過理論分析、數(shù)值仿真與風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法，研究了超聲電機(jī)作動器建模、翼段顫振實(shí)驗(yàn)裝置和控制系統(tǒng)設(shè)計、二維翼段氣動彈性系統(tǒng)建模、顫振抑制控制律設(shè)計以及數(shù)字濾波器群時延對顫振抑制閉環(huán)

2、系統(tǒng)穩(wěn)定性影響等問題。論文的主要工作與學(xué)術(shù)貢獻(xiàn)如下： (1)設(shè)計了以超聲電機(jī)為作動器驅(qū)動控制面的二維翼段模型，并建立了作動器的傳遞函數(shù)模型。采用獨(dú)立的控制電路來控制電機(jī)動作，此電路接收上位計算機(jī)的控制面轉(zhuǎn)角指令，驅(qū)動電機(jī)來實(shí)現(xiàn)控制面的轉(zhuǎn)角。針對該作動器和控制面建立一個單輸入單輸出的二階動力學(xué)模型，進(jìn)而可大大簡化控制律設(shè)計。通過掃頻實(shí)驗(yàn)和非線性最小二乘法進(jìn)行參數(shù)識別，得到傳遞函數(shù)模型中各參數(shù)的值，并通過和風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了模型的有效性

3、。 (2)設(shè)計了二維翼段顫振主動抑制實(shí)驗(yàn)裝置并編制了相應(yīng)的測試和控制系統(tǒng)軟件。實(shí)驗(yàn)裝置包含翼段模型、相關(guān)的傳感器及作動器、翼段安裝機(jī)構(gòu)和保護(hù)裝置。由于導(dǎo)軌滑塊之間即使充分潤滑也有一定的干摩擦阻尼，使得整個系統(tǒng)的阻尼特性比較復(fù)雜，為此，通過實(shí)驗(yàn)建模確定了實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷慕Y(jié)構(gòu)參數(shù)。 (3)針對上述二維翼段顫振主動抑制系統(tǒng)，采用Theodorsen非定常氣動力的Jones近似模型，建立了以超聲電機(jī)為作動器的三自由度二維翼段氣動彈性模

4、型，設(shè)計了二維翼段顫振的次最優(yōu)控制律。數(shù)值仿真和風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)研究表明，以超聲電機(jī)為控制面作動器可以有效地抑制翼段模型的顫振，顫振臨界速度提高了13.4﹪，數(shù)值仿真和風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本吻合。 (4)考慮沉浮方向、俯仰方向的阻尼不確定因素以及作動器建模誤差，采用魯棒控制，分別設(shè)計了 控制器和 控制器。數(shù)值仿真和風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)表明，這兩種控制器是有效的，可將系統(tǒng)的顫振臨界速度提高23.4﹪。與 控制器相比， 控制器的控制效果更好，特別是抵抗控制回