采用压电叠层作动器的直升机结构响应主动控制系统技术方案

本发明专利技术公开了一种采用压电叠层作动器的直升机结构响应主动控制系统，涉及直升机振动控制技术领域。该系统包括直升机机体结构、计算机、数字信号发生器、D/A转换器、低通滤波器、功率放大器、激振器、压电叠层作动器、信号调理器、ICP加速度传感器、DSP嵌入式控制器，其中由计算机和直升机机体结构组成输入/输出回路，先由计算机输出振动信号作用到机体结构，进而机体产生的振动加速度信号返回计算机，再由计算机输出控制信号控制机体振动起到直升机振动控制的作用。本发明专利技术的直升机振动控制系统具有作动器附加质量轻、工作频带宽、响应速度快、跟随控制能力强、控制效果好等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术公开了一种采用压电叠层作动器的直升机结构响应主动控制系统，属于直升机振动控制

技术介绍
由于直升机旋翼工作在非对称、非定常气动环境中，造成直升机机体振动水平很高，影响直升机飞行性能。因此，直升机振动控制对提高直升机飞行性能具有非常重要的作用。当前，结构响应主动控制被认为是最具实用价值的直升机振动主动控制新技术，能有效地降低直升机的振动水平。但是，目前直升机振动主动控制系统中常用的惯性作动器或液压作动器由于其附加质量大、工作频带窄、响应速度慢等缺点，大大降低和制约了控制系统的性能和振动控制的效果。
技术实现思路
本专利技术公开了一种采用压电叠层作动器的直升机结构响应主动控制系统，压电叠层作动器具有质量轻、工作频带宽、响应速度快等优点，作为高效作动元件能有效地提高直升机振动主动控制系统的性能，并显著提高直升机振动控制的效果。为实现以上的技术目的，本专利技术采用以下的技术方案: 一种采用压电叠层作动器的直升机结构响应主动控制系统，包括计算机、数字信号发生器、D/A转换器、低通滤波器、功率放大器、激振器、压电叠层作动器、信号调理器、ICP加速度传感器、DSP嵌入式控制器、压电叠层作动器，其中:计算机输出振动信号，该振动信号经过数字信号发生器进入D/A转换器转换成模拟信号，转换后的模拟信号经过低通滤波器进入功率放大器，经功率放大器过放大后传输到激振器，激振器根据该信号动作产生激励力作用到直升机机体结构，模拟直升机旋翼激励力产生一个振动加速度信号；该振动加速度信号经过ICP加速度传感器依次经信号调理器、低通滤波器、A/D转换器、DSP嵌入式控制器进入到计算机；计算机根据机体振动加速度的大小，输出振动控制信号，该信号经过DSP嵌入式控制器进入D/A转换器转换成模拟信号，该模拟信号经过低通滤波器进入功率放大器进行放大，所述压电叠层作动器接收功率放大器放大后的信号并产生相应的作动力作用到直升机机体结构，控制机体的振动。进一步的，所述压电叠层作动器是直接安装于直升机机体结构外侧，或借助支撑装置安装于直升机机体结构外侧，或直接安装于直升机机体结构之间。与现有的采用惯性作动器或液压作动器的直升机振动主动控制系统相比，本专利技术的采用压电叠层作动器的直升机结构响应主动控制系统具有突出的优点:作动器的附加质量轻、工作频频率范围宽、对指令的响应速度快、跟随控制能力强、振动控制效果好等优点，有效地提高了直升机振动主动控制系统的性能，并显著提高了直升机振动控制的效果附图说明图1是本专利技术的控制系统框图。图2压电叠层作动器直接安装于直升机机体结构内示意图。图3压电叠层作动器借助于支撑安装于直升机机体结构外示意图。图4压电叠层作动器直接安装于直升机机体结构之间示意图。图5是单频激励控制点的加速度响应实验效果图。图6是双频激励控制点的加速度响应实验效果图。图7是激励幅值改变后的加速度响应实验效果图。图8是激励相位改变后的加速度响应实验效果图。图9是激励频率改变后的加速度响应实验效果图。具体实施例方式以下将结合附图详细地说明本专利技术的技术方案，附图非限制性地公开了本专利技术的采用压电叠层作动器的直升机结构响应主动控制系统。如图1所示，一种采用压电叠层作动器的直升机结构响应主动控制系统，包括直升机机体结构、计算机、数字信号发生器、D/A转换器、低通滤波器、功率放大器、激振器、压电叠层作动器、信号调理器、ICP加速度传感器、DSP嵌入式控制器，在所述的直升机机体结构上安装有压电叠层作动器，压电叠层作动器的安装可以有多种方式，如直接安装于直升机机体结构内，如图2所示；借助于支撑安装于直升机机体结构外，如图3所示；直接安装于直升机机体结构之间，如图4所示。所述的控制系统由计算机和直升机机体结构组成输入/输出回路，两者之间是数字信号发生器、D/A转换器、低通滤波器、功率放大器、激振器、压电叠层作动器、信号调理器、ICP加速度传感器、DSP嵌入式控制器，回路由三部分组成，第一部分是计算机输出振动信号、进入数字信号发生器、到D/A转换器、到低通滤波器、到功率放大器、到激振器、激振器的激励力作用到直升机机体结构，模拟直升机旋翼激励力；第二部分是直升机机体振动加速度信号进入ICP加速度传感器、到信号调理器、到低通滤波器、到A/D转换器、到DSP嵌入式控制器、到计算机；第三部分是计算机输出控制信号、进入DSP嵌入式控制器、到D/A转换器、到低通滤波器、到功率放大器、到压电叠层作动器、作动器的作动力作用到直升机机体结构，控制机体的振动。对本专利技术所述的采用压电叠层作动器的直升机结构响应主动控制系统进行了实验研究。以某直升机旋翼主通过频率19.5Hz单频激励，当控制开始后振动很快衰减，在5秒时间内达到稳定状态后的振动水平降低了 96%，如图5所示。以主通过频率19.5Hz和次通过频率39.0Hz双频激励，控制效果仍然很好，当控制开始后振动很快衰减,在5秒时间内振动水平的衰减幅度达到95%以上，如图6所示。为了考察控制系统对激励力变化的适应性，对激励力的幅值、相位和频率的变化进行了自适应控制实验研究。系统开始以19.5Hz的激励力输入，IOs时控制开启，振动很快裳减，待裳减稳定后在30s时改变激励力参数，此时，结构振动又很快变大，主动控制系统根据结构响应的变化，给压电叠层作动器输入新的电压，作动器改变输出力，结构响应又很快衰减到稳态状态，实现了对结构响应的自适应控制，如图7所示。重复实验，分别改变相位和频率，得到同样的自适应控制效果，分别如图8和图9所示。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种采用压电叠层作动器的直升机结构响应主动控制系统，其特征在于：包括计算机、数字信号发生器、D/A转换器、低通滤波器、功率放大器、激振器、压电叠层作动器、信号调理器、ICP加速度传感器、DSP嵌入式控制器、压电叠层作动器，其中：计算机输出振动信号，该振动信号经过数字信号发生器进入D/A转换器转换成模拟信号，转换后的模拟信号经过低通滤波器进入功率放大器，经功率放大器过放大后传输到激振器，激振器根据该信号动作产生激励力作用到直升机机体结构，模拟直升机旋翼激励力产生一个振动加速度信号；该振动加速度信号经过ICP加速度传感器依次经信号调理器、低通滤波器、A/D转换器、DSP嵌入式控制器进入到计算机；计算机根据机体振动加速度的大小，输出振动控制信号，该信号经过DSP嵌入式控制器进入D/A转换器转换成模拟信号，该模拟信号经过低通滤波器进入功率放大器进行放大，所述压电叠层作动器接收功率放大器放大后的信号并产生相应的作动力作用到直升机机体结构，控制机体的振动。

【技术特征摘要】
1.一种采用压电叠层作动器的直升机结构响应主动控制系统，其特征在于:包括计算机、数字信号发生器、D/A转换器、低通滤波器、功率放大器、激振器、压电叠层作动器、信号调理器、ICP加速度传感器、DSP嵌入式控制器、压电叠层作动器，其中:计算机输出振动信号，该振动信号经过数字信号发生器进入D/A转换器转换成模拟信号，转换后的模拟信号经过低通滤波器进入功率放大器，经功率放大器过放大后传输到激振器，激振器根据该信号动作产生激励力作用到直升机机体结构，模拟直升机旋翼激励力产生一个振动加速度信号；该振动加速度信号经过ICP加速度传感器依次经信...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏品奇，宋来收，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：