实验称号： 直升机机身的多谐波多输入多输入振动被动控制实验钻研
实验原理： 首先驳回一个由Z-11直升机地板模型缩比而来并且与Z-11直升机动力学相似的框架模型作为钻研对象，将压电叠层作动器整合到受控结构中，经过 数字信号 处置器 作为实验系统的 控制器 ，整合搭建了压电叠层作动器驱动的直升机机身多谐波多输入多输入振动被动控制实验系统，并且离线测量了搭建好的实验系统的控制通道传递函数。
实验系统中，驳回一个框架实验模型 模拟 Z-11直升机座舱用来启动振动被动控制实验，其资料决定45号钢，总质量为15.7kg。加工成功的框架实验模型如图a所示。
图a直升机地板框架实验模型
压电叠层作动器经过两端的内螺纹与外部结构相连，压电叠层作动器不能接受拉力和弯矩，否则压电薄片之间的衔接会出现脆性断裂从而造成压电叠层作动器损坏失效。因此在实践经常使用中，为了防止拉力，装置压电叠层作动器时会在两端施加必定的预紧力，并且防止经常使用负电压驱动压电叠层作动器；为了防止压电叠层作动器承弯，在装置压电叠层作动器时将一个弹性较与作动器并联装置，装置方式如图b所示。
图b压电叠层作动器装置方式
图c实验系统原理框图
测试设施： 信号 出现器、ATA-P0102 功率加大器 、压电叠堆、、信号调节模块、计算机
实验环节： DSP外部的信号出现器生成数字处罚信号经过D/A转换为模拟信号，而后经过低通滤波和功率加大器加大后输入到电磁激振器对框架结构发生处罚照应，模拟旋翼在直升机座舱地板发生的振动照应。减速度 传感器 采集待减振点处的减速度照应，并转化为相应的电信号，再由A/D采样失掉数字信号。采集到的数字信号代入控制算法用来修正失掉压电叠层作动器的驱动信号，驱动信号经过D/A转换后经过低通 滤波器 和功率加大器输入到压电叠层作动器，驱动结构发生作动照应来对消处罚照应。同时，经过串口将误差照应信号与作动器驱动信号实时发送给计算机启动存储。
多谐波多输入多输入前馈自顺应控制算法须要准确的控制通道的传递函数来保障控制算法的收敛。本实验经过识别离线测量的方法，采集并计算失掉了直升机机身振动被动控制实验系统的控制通道传递函数，测量实验的原理图如图c所示。数字信号出现器发生正弦处罚信号，经过D/A转换和低通滤波后，再经过功率加大驱动压电叠层作动器对框架施加作动力。作动力在待减振点处发生作动照应，并由装置在待减振点的减速度传感器测量。测量的减速度信号经过低通滤波和A/D转换后失掉数字信号，与处罚信号一同经过串口实时传送到计算机上。计算机对数据启动抓包和解码处置后，计算减速度信号和处罚信号的幅值比和相位差，即可失掉控制通道的传递函数。实验中，采样频率设为f=975Hz，处罚信号频率参考Z-11型直升机，区分测量了19.5Hz和39Hz的控制通道传递函数，结果如表1和表2所示。须要指出的是,控制通道的传递函数除了作动器和实验框架模型的灵活特性，还包含了功率加大器加大倍数、传感器的灵便度以及A/D转换和D/A转换的精度。
表119.5Hz控制通道传递函数
表239Hz控制通道传递函数
实验结果： 依据Z-11直升机机身上实测的振动照应信号，单谐波处罚的频率选取为第一阶桨叶经过频率ω1=NbΩ=19.5Hz。Z-11直升机机身振动的一阶经过频率减速度照应为0.95m/s，为了使两个待减振点在无控制时的振动减速度水平与Z-11直升机相反，设置处罚信号的幅值为Xe(t)=1.465×sin(2πω1t)。处罚信号经过加大后驱动电磁激振器对框架实验模型的处罚点1启动处罚，激振力沿Z方向，激振点位于框架结构的中性线上，此时框架实验模型仅垂向笔挺模态的振动被激起。实验钻研中，采样频率为fs=975Hz，控制 算法 的谐波系数识别收敛系数取Ʊ1=0.03，归一化LMS算法的收敛系数取Ʊ0=0.001。别的谐波系数向量初始值均为0。两个减振点的垂向减速度照应如图d和图e所示，四个压电叠层作动器的驱动电压如图f到图i所示。可以看出，振动被动 控制系统 开局从10秒启动后，两个待减振点的振动随之衰减,并在10秒内逐渐收敛到稳固形态。稳固控制形态下，两个减振点的振动照应区分降落了97%和98%。
图d单谐波对称处罚实验待减振点1的垂向减速度照应
图e单谐波对称处罚实验待减振点2的垂向减速度照应
图f单谐波对称处罚实验压电叠堆作动器1的驱动电压
图g单谐波对称处罚实验压电叠堆作动器2的驱动电压
图h单谐波对称处罚实验压电叠堆作动器3的驱动电压
图i单谐波对称处罚实验压电叠堆作动器3的驱动电压
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