【摘 要】
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直升机在前飞过程中,旋翼的交变载荷传递至机身,使机身产生强烈的振动,严重影响直升机的飞行安全和飞行品质。随着振动主动控制技术的发展,直升机结构响应主动控制以其控制目标明确、控制效果好以及适应性强等优势,已成为解决直升机振动问题的有效方案。压电叠层作动器具有质量轻、响应速度快、机电转换效率高、工作频率范围宽等优点,成为直升机振动主动控制理想的作动元件。本文针对某型直升机的结构特征及振动的稳态谐波特性
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直升机在前飞过程中,旋翼的交变载荷传递至机身,使机身产生强烈的振动,严重影响直升机的飞行安全和飞行品质。随着振动主动控制技术的发展,直升机结构响应主动控制以其控制目标明确、控制效果好以及适应性强等优势,已成为解决直升机振动问题的有效方案。压电叠层作动器具有质量轻、响应速度快、机电转换效率高、工作频率范围宽等优点,成为直升机振动主动控制理想的作动元件。本文针对某型直升机的结构特征及振动的稳态谐波特性、压电叠层作动器的驱动特性和直升机振动主动控制要求,采用有限单元法建立了直升机动力学参数化有限元模型,基于某背景机型动力学特性进行参数优化建立了动力学相似试验模型;针对动力学相似模型建立了压电叠层作动器驱动的直升机机舱地板结构耦合控制系统,以控制电压作为约束条件,目标控制点控制误差响应向量与作动器控制输入电压幅值向量的加权平方和为目标函数,对作动器的驱动位置、偏置距离和控制器参数进行了优化,基于优化结果对压电叠层作动器的控制能力进行了数值仿真;采用Fx-LMS自适应前馈控制算法,对压电叠层作动器驱动的直升机机舱地板结构响应主动控制进行仿真分析,结果表明采用Fx-LMS算法可有效降低目标控制点处的振动响应,并通过对载荷幅值、频率和相位变化的控制仿真验证了控制系统的自适应跟踪控制能力;进而建立了Fx-LMS自适应前馈-LQG反馈混合控制算法,对压电叠层作动器驱动的机舱地板结构响应主动控制进行了仿真分析并与Fx-LMS前馈控制算法进行比较,结果表明混合控制可有效降低机身控制点处的振动响应,且与单Fx-LMS前馈控制算法相比具有更快的收敛速度和更强的自适应控制性能。基于研制的机体结构动力学相似试验模型和压电叠层作动器驱动系统,采用Fx-LMS自适应前馈控制算法,建立了主动控制试验系统,以机舱地板结构上目标控制点处的加速度响应作为控制目标,分别对单垂向、垂向和侧向两向激励下的机舱地板结构振动响应进行主动控制试验研究,验证了采用压电叠层作动器驱动直升机机舱地板结构响应主动控制的有效性和控制性能。
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