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申请/专利权人：大连理工大学

摘要：本发明属于飞行器模型振动主动控制领域，公开了一种风洞模型主动抑振结构优化设计方法。该方法首先分析支杆内部可嵌入抑振器空间，确定抑振单元位置尺寸可行域范围及初始位置；其次进行内嵌抑振器支杆结构参数化建模；然后构建AnsysAdamsSimulink联合仿真接口，建立刚柔耦合机电一体化仿真模型；最后基于上述联合仿真模型，控制抑振器以各阶固有频率同源激振，同步采集模型质心位置共振加速度，最大位置所对应尺寸为最优抑振结构。本发明的方法综合考虑系了机械结构与控制系统，以抑振单元位置尺寸为优化变量、共振加速度为优化指标，实现了风洞模型主动抑振结构优化设计。

主权项：1.一种风洞模型主动抑振结构优化设计方法，其特征在于，具体步骤如下：S1、以同一轴向位置内，采用“x”字型布局的四支作动器为一组抑振单元；构建XOY直角坐标系，原点O位于尾撑支杆末端端面的圆心位置，X轴表示尾撑支杆轴向方向，Y轴表示尾撑支杆径向方向；分析多组抑振单元在尾撑支杆内部轴向即X轴上可嵌入空间，结合尾撑支杆尺寸约束及作动器安装最小厚度，对第i组抑振单元确定其轴向可行域范围为，以作为第i组抑振单元初始轴向位置，其中，i=1,2,3,4,…；将第i组抑振单元轴向位置在局部范围内的可行域记录为，记录该抑振单元初始轴向位置为；S2、对内嵌多个作动器的风洞模型主动抑振系统进行三维建模，通过函数表达各组抑振单元的轴向位置，建立风洞模型主动抑振系统刚柔耦合动力学模型；S2.1、将风洞模型主动抑振系统简化为两个子系统，包括以弱结构刚度的尾撑支杆与风洞天平为主的柔性体系统和与以高结构刚度的抑振单元及固定机构为主的刚性体系统，同时建立风洞模型主动抑振系统刚柔耦合动力学方程如式（1）： （1）式中，为柔性体的广义坐标及其对时间的导数与二阶导数，为柔性体的质量矩阵及其对时间的导数，K、D分别为模态刚度和阻尼矩阵，为质量矩阵对广义坐标的偏导数，分别为物体内弹性变形和阻尼广义力，为广义重力，为反应刚体方位的欧拉角，为欧拉角对广义坐标的偏导数，为约束拉格朗日乘子，Q为广义外力；S2.2、在Ansys环境中，对内嵌多个作动器的风洞模型主动抑振系统进行三维建模，通过函数表达多组抑振单元的轴向位置，利用Ansys的宏指令adams.amc生成柔性体系统的模态中性文件.mnf，包含柔性体系统的质量、质心位置、转动惯量、频率和振型；S2.3、将模态中性文件.mnf输入至Adams环境中，与刚性体系统装配连接，在刚性体系统与柔性体系统间连接处创建外部节点及刚性区域，实现刚性体系统与柔性体系统的力与约束的传递，完成风洞模型主动抑振系统的刚柔耦合动力学模型建立；S3、基于S2、中建立的风洞模型主动抑振系统的刚柔耦合动力学模型，构建AdamsSimulink联合仿真接口，建立风洞模型主动抑振系统的刚柔耦合机电一体化仿真模型；S3.1、基于Adams环境中建立的风洞模型主动抑振系统的刚柔耦合动力学模型，以各组抑振单元的作动器输出力、飞行器模型质心处锤击力建立输入变量，以飞行器模型质心处加速度建立输出变量；基于Ansys软件的Control模块，将包含输入、输出变量的风洞模型主动抑振系统刚柔耦合动力学模型导出为接口模块Adams_sub，该接口模块为由Adams构建的非线性子系统，根据各组抑振单元的作动器输出力及飞行器模型质心处锤击力解算出相应的飞行器模型质心处的加速度响应；S3.2、将接口模块Adams_sub导入Simulink软件中，将接口模块与PID控制器模型的外部激励信号组合，形成机电联合仿真模型；其中，PID控制器模型以接口模块Adams_sub的输出变量飞行器模型质心处加速度为输入，以PID算法为基础，解算出各组抑振单元作动器输出力，反向输出至接口模块Adams_sub的输入变量；该机电联合仿真模型实现2种工况：1）通过外部激励信号使各组抑振单元的作动器输出正弦形式的作用力，该作用力输入接口模块Adams_sub，强迫“风洞模型主动抑振系统”产生共振，实现风洞模型主动抑振系统的激振仿真；2）通过外部激励信号施加飞行器模型质心处锤击力，输入接口模块Adams_sub，“风洞模型主动抑振系统”产生共振，基于PID控制器模型解算出各组抑振单元作动器输出力，抑制风洞模型主动抑振系统的共振响应，实现风洞模型主动抑振系统的振动控制仿真；最终，完成风洞模型主动抑振系统刚柔耦合机电一体化仿真模型的建立；S4、当i组抑振单元轴向位置均保持在可行域范围内时，以固定间隔迭代各组抑振单元轴向位置，重复开展激振仿真，基于飞行器模型质心处共振加速度幅值判断抑振单元振动主动控制能力，确定各组抑振单元最优轴向位置；S4.1、启动风洞模型主动抑振系统刚柔耦合机电一体化仿真模型，首先令i组抑振单元均位于初始位置，以风洞模型主动抑振系统的前i阶固有频率，驱动相应的第i组抑振单元以定频正弦组信号输出作用力激振，强迫风洞模型主动抑振系统产生共振；S4.2、单次激振结束后，记录t=5s时飞行器模型质心处共振加速度幅值at=5，各组抑振单元轴向位置分别按式（2）进行迭代，重复开展激振仿真，并记录相应各组抑振单元轴向位置及飞行器模型质心处加速度幅值； （2）其中，h为一固定值；S4.3、在记录的飞行器模型质心处共振加速度幅值中寻找极大值点，此时抑振单元产生的振动主动控制能力最优，相应的各组抑振单元轴向位置即为最优轴向位置。

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