基于时滞LQR算法的风洞模型振动控制试验研究

为有效抑制风洞试验中飞行器模型的振动,利用气动力学与机械动力学的观点分析了风洞模型的振动原因及特点,并建立了风洞模型—测力天平—风洞支杆所组成的悬臂梁系统的二阶模型。针对飞行器模型振动控制中的时滞问题,分析了时滞现象产生的原因及对风洞试验飞行器模型振动控制的影响,并利用基于所测振动信号与作动器信号的基频傅里叶变换方法实现了基频处的时滞量辨识。基于辨识出的时滞量分别分析研究考虑时滞问题与未考虑时滞问题的风洞模型振动控制状态方程,并设计时滞补偿线性二次型调节器控制算法。搭建地面试验系统,通过地面锤击试验验证得知,相比未考虑时滞问题的线性二次型调节器,时滞补偿线性二次型调节器控制算法具有较好的控制效果,能够更加稳定有效地对风洞模型振动进行控制。     

一种基于模糊自适应的速度反馈主动抑振方法

为了实现对受到时变气动载荷扰动下悬臂梁式支撑结构振动的有效抑制,建立了基于压电作动器的振动主动控制系统并进行了试验研究。首先,分析了风洞模型振动主动控制的原理,并提出了一种内嵌于支杆内部的压电陶瓷叠堆式作动器的减振器结构;进而,提出了结构振动状态的评价指标,结合模糊逻辑设计了一种自适应变增益速度反馈控制方法;最后,搭建了试验验证平台,对主动控制系统进行了试验,并将提出的模糊自适应控制方法与传统速度反馈的效果进行了对比。试验结果表明,该控制系统与方法具有较高的稳定性与效率,在激励试验中振动速度幅值小于未控制时的18.2%。该系统与控制方法对扰动具有自适应调节能力。     

采用复合式靶标的近景大视场相机标定方法

针对风洞内视觉测量视场较大,测量物体较近以及图像畸变过大等导致的标定精度低,标定物成本高等问题,提出了一种基于复合式靶标分区域分约束近景大视场相机标定方法。该方法利用一维标定架与二维标定平面构造的复合式靶标充满测量视场将测量视场划分区域,针对不同参照物信息采用分约束的方式完成整个视场的分区域准确标定,重建时针对感兴趣特征所处图像不同区域选取不同像机内外参数与畸变系数进行3D重建,完成基于复合式靶标的三维信息求取。最后,针对所提出的标定方法进行了标定精度对比以及验证实验。实验结果表明:内区域标定均方根误差为0.165,外区域标定均方根误差为0.276,标定精度高,满足了测量精度要求。     

风洞模型支杆系统设计及振动主动控制

研究了悬臂梁支撑系统在强流场环境下的振动抑制问题,并且基于跨声速实验设备中的模型支杆实际振动情况,采用压电陶瓷作为执行器设计了一套抑振器系统。对模型支杆进行了设计,对抑振器的轴向及周向安装位置进行了优化,以获得最佳的抑振器输出性能。基于PD控制算法,搭建了一套实验室模拟系统,在模型自由端施加加速度振幅为0.5 g,1.3 g,2 g的激励,实验结果表明,剩余振幅比为12%,10%,26%,取得了很好的振动抑制效果。