本发明专利技术提供一种基于试验修正的压电作动器作用效果模拟方法，解决以压电作动器为控制作动器的振动主动控制技术的仿真建模和控制律设计问题。本发明专利技术的技术方案包括：进行仿真激励试验，以激励信号施加于压电作动器，激励该复合材料机翼动力学模型，得到测点的响应；进行地面激振试验，以与仿真激振试验相同的激励信号施加于压电作动器，激励该复合材料机翼，得到测点的响应；以地面激振试验测点的响应与仿真试验与之相同的测点响应对比，修正压电作用力等效弯矩的值，从而得到MFC压电作动器的作用力值。本发明专利技术的优点是：所有的仿真实验结果和地面试验结果的对比分析表明，该技术正确有效，与地面实验结果能够相匹配。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于航空应用领域，涉及。
技术介绍
压电作动器的建模是一项非常重要的技术，尤其对于以压电作动器为控制作动器的振动主动控制系统来说至关重要。压电作动器的作用效果，它所能输出的能量决定了振动主动控制系统中控制律参数设置大小范围。压电作动器种类繁多，有压电陶瓷PZT (Lead Zirconate Titanate，PZT)作动器、AFC (Active Fiber Composite, AFC)压电作动器和 MFC (Macro Fiber Composites, MFC)压电作动器。MFC压电作动器是近年来发展较快的一种新型精密作动器，具有体积小、作用力大、精度高和频响快等优点，已在精密仪器、自动控制、航空航天、微装备和精密定位等领域得到实际应用。它克服了压电陶瓷PZT易碎的缺陷以及压电作动器AFC驱动电压大的缺陷。MFC压电作动器为薄片状，可粘贴在结构的表面，或嵌入层合复合材料结构中，通过诱导应变的形式，对结构进行驱动，不会对结构气动外形造成明显影响，不会影响待激励结构的气动性能指标。压电作动器本身质量非常小，单个压电片的质量仅1.0?2.0g，对粘贴结构的质量影响有限，不会对结构刚度造成影响。早期用于模拟压电作动器作用效果的热弹比拟技术只适用PZT (Lead ZirconateTitanate, PZT)这种压电材料。对于一般结构材料，当温度变化时,会产生变形。对于压电材料，当施加电场时结构也会发生变形。热弹比拟技术正是基于这两者之间的相似性，借助有限元分析软件中热力学分析模块，将温度的变化等效为施加的电压，将材料的热膨胀系数与压电材料的压电应变常数进行转换最终精确建立的压电作动器的模型。热弹比拟理论是基于经典的层合板理论，该理论已不适用与新型的压电材料MFC (Macro FiberComposites, MFC),这种压电材料是由PZT、聚酰亚胺树脂和环氧树脂材料铺层而成。美国M.Salim Azzouz等人利用不等参三节点MIN6薄板单元建立MFC的有限元模型,该方法较为复杂，不同的模型需要编写不同的有限元模型程序，工程适用性较差。所以，现有的压电作用力模拟技术或者已不适用于MFC或者工程适用性较差。
技术实现思路
本专利技术的目的是:提供，解决以压电作动器为控制作动器的振动主动控制技术的仿真建模和控制律设计问题。本专利技术的技术方案是:，包括:通过弯矩来模拟MFC压电作动器作用力，得到作用力等效弯矩；建立有限元模型，将作用力等效弯矩施加在有限元模型中模拟压电作用力，得到压电作用力效果，施加位置与实际粘贴压电作动器位置相符；通过复合材料机翼模态试验得到复合材料机翼动力学参数，并以该试验得到的复合材料机翼动力学参数修正有限元模型；从修正的有限元模型得到带有压电作动器的复合材料机翼动力学参数，根据所述复合材料机翼动力学参数和压电作用力效果建立复合材料机翼动力学模型；进行仿真激励试验，以激励信号施加于压电作动器，激励该复合材料机翼动力学模型，得到测点的响应；进行地面激振试验，以与仿真激振试验相同的激励信号施加于压电作动器，激励该复合材料机翼，得到测点的响应；以地面激振试验测点的响应与仿真试验与之相同的测点响应对比，修正压电作用力等效弯矩的值，从而得到MFC压电作动器的作用力值。本专利技术的优点是:所有的仿真实验结果和地面试验结果的对比分析表明，该技术正确有效，与地面实验结果能够相匹配。【附图说明】图1为本专利技术基于试验修正的压电作用效果模拟基本原理图。图2为本专利技术压电作动器实际粘贴位置。图3为本专利技术有限元模型中压电作动器的作用位置。图4为本专利技术地面试验配重杆前端测点I和配重杆后端测点2示意图。图5为本专利技术一阶模态频率激励下测点I最大位移随驱动电压变化曲线。图6为本专利技术一阶模态频率激励下测点2最大位移随驱动电压变化曲线。【具体实施方式】技术原理基于试验修正的压电作动器作用效果模拟技术的技术原理是:以带有压电作动器的全复合材料机翼有限元模型为基础，建立带有压电作动器的全复合材料机翼动力学模型，将该动力学模型仿真激励实验结果与实际结构地面试验激励结果进行对比，修正动力学模型中压电作用力弯矩值，从而得到压电作动器的作用效果。图1所示为基于试验修正的压电作用效果模拟基本原理。压电作动器由压电纤维、环氧树脂和聚酰亚胺树脂制成。压电作动器粘贴在全复合材料机翼的翼面上，工作时当MFC压电作动器接收到放大器给它发送来的以一定规律变化的电压信号以后，压电作动器就会以一定的规律收缩或扩张，从而对全复合材料机翼进行激励和控制。基于试验修正的压电作动器作用效果模拟技术是针对复合材料机翼振动主动控制技术需求展开的，目的是寻找出一种有效地压电作动器作用力模拟方法，为振动主动控制中的仿真实验建模奠定基础。基于试验修正的压电作动器作用效果模拟技术的核心为压电作用力模拟。本技术以弯矩来代替压电作用力从而实现了模拟。为了获得弯矩准确的大小，建立了带有压电作动器的复合材料机翼动力学模型，并进行了复合材料机翼地面激励试验。研究主要包括仿真模型实验研究和地面试验研究两部分内容。仿真模型实验研究包括:作用力等效方法、压电作用力在有限元模型中的模拟方法、带有压电作动器的复合材料机翼动力学建模和动力学仿真模型激励实验；试验研究包括:有限元模型验证试验、模态参数测量试验和MFC激励效果试验等内容。本专利技术提供的，包括:S101、通过弯矩来模拟MFC压电作动器作用力，得到作用力等效弯矩。MFC压电作动器(Macro Fiber Composite,简称MFC)是近年来发展较快的一种新型精密作动器，具有以下优点=MFC为薄片状，可粘贴在金属结构的表面，或嵌入层合复合材料结构中，通过诱导应变的形式，对结构进行驱动，不会对结构气动外形造成明显影响；MFC本身质量非常小，对粘贴结构的质量影响有限，不会对结构刚度造成影响；MFC工作状态不受飞行状态限制，对工作环境适应性强，反应速度快，滞后效应小；通过对MFC位置的优化设计可实现对不同结构模态的有效激励；MFC压电作动器工作频率范围宽，激励信号可选，激励频率范围可调。 压电作动器的工作原理是这样的，当压电作动器受电场作用后，会发生变形伸长或者缩短，将压电作动器粘贴在结构表面时，由于压电作动器的变形，就会对它所粘贴的结构表面产生一种作用力。本技术通过利用一定大小的弯矩来模拟MFC压电作动器产生的这种作用力，弯矩的方向和压电片作动器中压电材料的方向一致。该作用力等效弯矩并不是一个恒定的值，在不同的电压范围内该作用力等效弯矩值是不一样的。S102、建立有限元模型，将作用力等效弯矩施加在有限元模型中模拟压电作用力，得到压电作用力效果，施加位置与实际粘贴压电作动器位置基本相符。本技术将采用利用弯矩近似代替压电作动器的作用力来实现压电作动器作用力模拟。将压电作动器等效弯矩施加在与实际粘贴位置最接近的有限元单元节点处使得作用面积与实际基本相当。将产生的作用力等效到压电作动器的四个角上，分别施加在有限元模型的四个节点上。图2所示为压电作动器在全复合材料机翼上的粘贴位置，图3矩形区域为有限元模型中选取的压电作动器作用面积。弯矩就施加在矩形区域的四个角上。由于有限元模型中载荷只能施加在有限元节点上，无法使得区域与真实本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于试验修正的压电作动器作用效果模拟方法，其特征在于，包括：通过弯矩来模拟MFC压电作动器作用力，得到作用力等效弯矩；建立有限元模型，将作用力等效弯矩施加在有限元模型中模拟压电作用力，得到压电作用力效果，施加位置与实际粘贴压电作动器位置相符；通过复合材料机翼模态试验得到复合材料机翼动力学参数，并以该试验得到的复合材料机翼动力学参数修正有限元模型；从修正的有限元模型得到带有压电作动器的复合材料机翼动力学参数，根据所述复合材料机翼动力学参数和压电作用力效果建立复合材料机翼动力学模型；进行仿真激励试验，以激励信号施加于压电作动器，激励该复合材料机翼动力学模型，得到测点的响应；进行地面激振试验，以与仿真激振试验相同的激励信号施加于压电作动器，激励该复合材料机翼，得到测点的响应；以地面激振试验测点的响应与仿真试验测点的响应对比，修正压电作用力等效弯矩的值，从而得到MFC压电作动器的作用力值。
【技术特征摘要】
1.一种基于试验修正的压电作动器作用效果模拟方法，其特征在于，包括: 通过弯矩来模拟MFC压电作动器作用力，得到作用力等效弯矩； 建立有限元模型，将作用力等效弯矩施加在有限元模型中模拟压电作用力，得到压电作用力效果，施加位置与实际粘贴压电作动器位置相符； 通过复合材料机翼模态试验得到复合材料机翼动力学参数，并以该试验得到的复合材料机翼动力学参数修正有限元模型； 从修正的有限元模型得到带有压电作动器的复合材料机翼动力学参数，根据所述复合材料机翼动力学参数和压电作用力效果建立复合材料机翼动力学模型； 进行仿...
【专利技术属性】
技术研发人员：郭平凡，陈怦，冯晓林，孙勇军，雷鸣，周友明，邓延，阎鹏涛，
申请(专利权)人：中国飞行试验研究院，
类型：发明
国别省市：
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