[发明专利]一种用于风洞自由滚转动态实验的滚转阻尼补偿方法

说明书

本发明公开了一种用于风洞自由滚转动态实验的滚转阻尼补偿方法。该方法包括以下步骤：确定阻尼补偿目标函数；确定系统控制策略；确定系统控制参数；实施风洞实验。在阻尼补偿目标函数及飞行器模型不变时，前三个步骤可只进行一次，风洞每次运行只需要重复执行第四步。本发明的用于风洞自由滚转动态实验的滚转阻尼补偿方法通过力矩致动器驱动飞行器模型进行滚转运动产生滚转力矩，同时也利用力矩致动器对飞行器模型施加不同放大系数的补偿滚转力矩，进而减小机构阻尼，从而满足自由滚转动态实验对机构阻尼尽可能小的要求。

技术领域

本发明属于风洞动态实验技术领域，具体涉及一种用于风洞自由滚转动态实验的滚转阻尼补偿方法。

背景技术

自由滚转动态实验是一种风洞动态实验。自由滚转动态实验时，飞行器模型在气动力作用下进行自由滚转，通过分析飞行器模型的滚转运动过程或滚转运动过程中的动态气动力，能够获取飞行器模型包括摇滚特性在内的滚转动态气动特性。

自由滚转动态实验中飞行器模型受到机构阻尼和气动阻尼的影响。其中，气动阻尼是决定摇滚特性的关键参数之一，但是机构阻尼对摇滚特性的影响较大，本领域技术人员一直致力于采取各种措施减小机构阻尼的影响。曾经出现过细长三角翼摇滚起始迎角测量偏差较大的问题，分析认为机构阻尼较大是可能的原因之一。以往减小机构阻尼影响的方法是尽可能减小机构的机械阻尼，如采用小阻尼轴承并设计合理的轴承支撑结构，或者采用气体轴承等。各种措施实施下来以后，确实能够有效地减小机构阻尼，但是每个飞行器模型的机构阻尼差异很大，一旦更换飞行器模型，必须针对相应的飞行器模型设计专有的减小机构阻尼的措施，通用性较差。而且，每个飞行器模型的机构阻尼差异很大，在数据分析过程中如何剔除每个飞行器模型机构阻尼影响，也是比较困难的。

当前，亟需发展一种用于风洞自由滚转动态实验的滚转阻尼补偿方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种用于风洞自由滚转动态实验的滚转阻尼补偿方法。

本发明的用于风洞自由滚转动态实验的滚转阻尼补偿方法，其特点是，所述的滚转阻尼补偿方法使用的实验机构的关键执行部件和传感器包括用于驱动芯轴产生滚转力矩并对芯轴施加不同放大系数的补偿滚转力矩的力矩致动器，用于测量芯轴旋转角度的旋转编码器，用于测量芯轴施加给飞行器模型的滚转力矩的天平，以及选配的用于放大滚转力矩的减速电机；

所述的滚转阻尼补偿方法包括以下步骤：

a.确定阻尼补偿目标函数g＝func(x)；

阻尼补偿目标函数的值是芯轴施加在飞行器模型上的期望滚转力矩，自变量x根据风洞自由滚转动态实验的需要选取；如果阻尼补偿目标函数的值始终为零g＝0，则表示补偿全部机构阻尼；如果自变量x选择芯轴滚转角速度ω，阻尼补偿目标函数的值与芯轴滚转角速度ω成正比且符号相反，即g＝-kω，则表示只补偿部分机构阻尼，并使剩余的机构阻尼呈现出粘性阻尼的特性；

b.确定系统控制策略；

系统控制策略选择PID，采用比例P和积分I两个环节，并辅以前馈提升控制精度；系统控制策略将芯轴施加在飞行器模型上的滚转力矩视为系统的实际输出，芯轴施加在飞行器模型上的滚转力矩的值等于滚转力矩天平测值f的负值-f，阻尼补偿目标函数的值g视为给定值，系统的控制目标是g+f趋于0；

c.确定系统控制参数；

控制芯轴旋转，以转速为前馈控制的执行输入参数，测量在不同转速下的力矩致动器的输出力矩；外力带动飞行器模型进行滚转运动，以输出力矩为力矩致动器的执行输入力矩参数，获得天平测值的变化过程，采用任意一种PID参数整定方法确定执行输入参数和执行输入力矩参数；

d.实施风洞实验；

将系统控制策略和系统控制参数应用于实验机构的控制系统，启动风洞，进行实验；