[发明专利]一种基于试验修正的压电作动器作用效果模拟方法

说明书

技术领域

本发明属于航空应用领域，涉及一种基于试验修正的压电作动器作用效果模拟方法。

背景技术

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 Zirconate Titanate，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 Fiber Composites，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。

发明内容

本发明的目的是：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。

本发明的技术方案是：一种基于试验修正的压电作动器作用效果模拟方法，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。

本发明的优点是：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为本发明基于试验修正的压电作用效果模拟基本原理图。

图2为本发明压电作动器实际粘贴位置。

图3为本发明有限元模型中压电作动器的作用位置。

图4为本发明地面试验配重杆前端测点1和配重杆后端测点2示意图。

图5为本发明一阶模态频率激励下测点1最大位移随驱动电压变化曲线。

图6为本发明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