支杆式风洞模型主动振动抑制控制方法研究

发布时间：2017-10-09 23:25

  本文关键词：支杆式风洞模型主动振动抑制控制方法研究

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【摘要】：在跨声速风洞试验中,试验模型通常采用支杆尾撑方式,导致系统整体刚度较低,在进行大攻角试验时,由于气流脉动载荷的作用,模型极其容易产生低频大幅度振动,直接影响风洞试验的安全性和数据的准确性。在模型支杆系统振动抑制方法中,主动抑振方法更具研究价值和应用前景。本文在分析支杆主动振动抑制原理的基础上,选用外套式主动抑振器,提出了基于PID控制理论和模糊控制理论的四种控制算法,构建了实时控制系统,通过地面对比实验和地面温降实验,对支杆式风洞试验模型主动振动抑制控制方法进行研究。(1)首先针对某型号风洞模型支杆系统,分析支杆式风洞模型主动抑振原理,明确支杆式风洞模型主动抑振系统的特性与主动控制的难点,根据特性与难点分析主动振动抑制控制系统对控制算法的要求,针对系统需求提出了基于模糊控制理论和PID控制理论的四种控制算法。(2)结合国内某型号风洞试验模型支杆系统振动特性,基于四种控制算法,本文设计了PID控制器、模糊控制器、模糊PID复合控制器和模糊自适应PID控制器,通过数值仿真对四种控制器的主动振动抑制控制性能进行理论验证。(3)选取模型定常载荷100N和150N,采用激振实验方法,探究PID控制器、模糊控制器与模糊PID复合控制器各自的控制性能,得到模糊PID复合控制器的控制性能优于PID控制器和模糊控制器；选取18种模型定常载荷(100N-185N),探究模糊PID复合控制器和模糊自适应PID控制器的控制性能和自适应性能,得到剩余振幅比例和调整时间两项控制主要性能指标上,模糊自适应PID控制器均优于模糊PID复合控制器的结论,与数值仿真结果一致。模糊自适应PID控制器剩余振幅比例最小达到8.35%,调整时间最小达到0.3s。(4)利用低温环境箱搭建主动抑振器地面温降实验平台,在15。至-30。温度范围内,采用阶跃响应实验方法和锤击实验方法,研究模型支杆系统和主动抑振器的温降特性,同时验证模糊自适应PID控制器温降时的控制性能和自适应性能。实验结果表明：随着环境温度下降,模型支杆系统阻尼比和固有频率逐渐增大,主动抑振器阶跃响应逐渐减小；同时,环境温度下降时,在模糊自适应PID控制器的控制下,主动抑振器工作时的系统阻尼比随温度降低波动范围较小,说明模糊自适应PID控制器在环境温度大幅度降低时仍能够保持较好的控制性能,具有良好的自适应性能。
【关键词】：主动振动抑制 模糊控制 PID控制 外套式抑振器 风洞温降试验
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V211.74
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-16
• 1.1 课题研究的背景及意义9-10
• 1.2 支杆式风洞试验模型主动振动抑制研究现状10-14
• 1.2.1 支杆式风洞试验模型主动振动抑制的国外研究现状10-12
• 1.2.2 支杆式风洞试验模型主动振动抑制的国内研究现状12-14
• 1.3 课题的主要研究内容14-16
• 2 支杆式风洞模型主动抑振原理16-26
• 2.1 支杆式风洞模型振动原理与分析16-17
• 2.2 主动抑振器工作原理与分析17-22
• 2.2.1 叠堆式压电陶瓷作动器工作原理18-20
• 2.2.2 主动抑振器致支杆变形分析20-22
• 2.3 主动抑振系统控制原理及控制系统设计22-23
• 2.3.1 主动抑振系统控制原理22
• 2.3.2 控制系统设计22-23
• 2.4 主动抑振系统控制方法选择23-25
• 2.5 本章小结25-26
• 3 控制器设计及数值仿真26-43
• 3.1 模型支杆系统的仿真实验建模26-27
• 3.2 PID控制器设计及MATLAB数值仿真27-30
• 3.2.1 PID控制器设计27-28
• 3.2.2 PID控制器参数整定方法介绍28-29
• 3.2.3 PID控制器MATLAB数值仿真29-30
• 3.3 模糊控制器设计及MATLAB数值仿真30-35
• 3.3.1 输入量和输出量的设计31-32
• 3.3.2 输入比例系数和输出比例系数的确定32-33
• 3.3.3 模糊规则的设计33-34
• 3.3.4 模糊控制器MATLAB数值仿真34-35
• 3.4 模糊PID复合控制器设计及MATLAB数值仿真35-38
• 3.4.1 模糊PID复合控制器设计35-36
• 3.4.2 模糊PID复合控制器MATLAB数值仿真36-38
• 3.5 模糊自适应PID控制器设计及MATLAB数值仿真38-42
• 3.5.1 模糊自适应PID控制器设计38-41
• 3.5.2 模糊自适应PID控制器MATLAB数值仿真41-42
• 3.6 本章小结42-43
• 4 控制算法实验室实验对比分析43-71
• 4.1 支杆式风洞模型主动振动抑制实验室实验方法43-45
• 4.1.1 实验室实验系统介绍43-44
• 4.1.2 控制程序设计及软件界面44
• 4.1.3 工况选择及实验室实验现场44-45
• 4.2 PID控制器、模糊控制器与模糊PID复合控制器的对比实验45-58
• 4.2.1 PID控制器实验室实验结果45-49
• 4.2.2 模糊控制器实验室实验结果49-52
• 4.2.3 模糊PID复合控制实验室实验结果52-56
• 4.2.4 PID控制器、模糊控制器与模糊PID复合控制器对比分析56-58
• 4.3 模糊PID复合控制器与模糊自适应PID控制器的对比实验58-70
• 4.3.1 变工况下模糊PID复合控制器实验室实验结果58-63
• 4.3.2 变工况下模糊自适应PID控制变载荷实验室实验结果63-68
• 4.3.3 模糊PID复合控制器与模糊自适应PID控制器对比与分析68-70
• 4.4 本章小结70-71
• 5 低温下抑制器性能探究及控制算法验证71-79
• 5.1 洞温降的产生及对压电材料的影响71-72
• 5.2 温降对支杆式风洞模型主动抑振系统的影响72-75
• 5.2.1 温降对模型支杆系统固有特性的影响73-74
• 5.2.2 温降对主动抑振器性能的影响74-75
• 5.3 模糊自适应PID控制器低温验证实验75-78
• 5.4 本章小结78-79
• 结论79-81
• 参考文献81-84
• 致谢84-85

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 邵敏强;陈卫东;陈前;;基于输入估计方法的振动主动控制试验研究[J];振动与冲击;2013年03期

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 李广;基于模糊PID复合控制的振动主动控制研究[D];南京航空航天大学;2008年

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本文编号：1003047