實(shí)驗(yàn)名稱：機(jī)翼變形控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

測(cè)試目的：考慮MFC驅(qū)動(dòng)器遲滯、蠕變特性補(bǔ)償?shù)淖儚澏葯C(jī)翼開、閉環(huán)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作，并進(jìn)行機(jī)翼彎度變形地面實(shí)驗(yàn)研究，通過實(shí)驗(yàn)手段實(shí)際考察機(jī)翼彎度變形情況；驗(yàn)證所提變彎度機(jī)翼設(shè)計(jì)及控制方法的可行性與有效性。

測(cè)試設(shè)備：電壓放大器、壓電纖維驅(qū)動(dòng)器、激光位移傳感器、數(shù)據(jù)采集卡等。

圖1：實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)總體框圖

實(shí)驗(yàn)過程：

針對(duì)所設(shè)計(jì)的變形機(jī)翼開展了靜態(tài)變形測(cè)試實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)中MFC電壓加載區(qū)間設(shè)定為[0，1500]V，選取如圖2所示的“臺(tái)階”形式的電壓加載信號(hào)，控制電壓以每60s遞增100V方式施加于MFC上，直至遍歷整個(gè)電壓加載區(qū)間。實(shí)驗(yàn)過程中，通過激光位移傳感器實(shí)時(shí)采集機(jī)翼尾緣測(cè)量點(diǎn)處的位移變化來感知MFC驅(qū)動(dòng)器對(duì)機(jī)翼彎度變形的控制效果。

圖2：加載電壓

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：

圖3：機(jī)翼尾緣位移變化

圖3展示了在圖2所示的加載電壓驅(qū)動(dòng)下，機(jī)翼尾緣變形量變化曲線；由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，隨著控制電壓的增大，機(jī)翼變形量近似呈現(xiàn)線性增加趨勢(shì)。在壓電驅(qū)動(dòng)范圍內(nèi)，機(jī)翼末端有效變形量最高可達(dá)7.8mm（對(duì)應(yīng)加載電壓為1500V）。由實(shí)驗(yàn)結(jié)果還可以看出，在每個(gè)穩(wěn)定電壓加載區(qū)間內(nèi)，機(jī)翼尾緣變形量呈現(xiàn)出“向上漂移的”變化趨勢(shì)，這是由于MFC驅(qū)動(dòng)器本身的遲滯、蠕變特性造成的；上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本文所設(shè)計(jì)的變形機(jī)翼能夠在MFC控制作用下實(shí)現(xiàn)明顯的驅(qū)動(dòng)變形，但系統(tǒng)控制效果同樣受MFC驅(qū)動(dòng)器的遲滯、蠕變非線性特征干擾。

圖4：實(shí)驗(yàn)與仿真結(jié)果對(duì)比

圖4為本章實(shí)驗(yàn)結(jié)果與有限元仿真得到的計(jì)算結(jié)果對(duì)比圖。對(duì)比兩圖可以發(fā)現(xiàn)，兩種手段得到的加載電壓與變形量間的變化趨勢(shì)基本相同，但通過仿真計(jì)算得到的機(jī)翼變形量略大于實(shí)驗(yàn)測(cè)量得到的機(jī)翼變形量，這是由于在有限元建模過程中沒有考慮MFC驅(qū)動(dòng)器及環(huán)氧樹脂膠對(duì)結(jié)構(gòu)性能產(chǎn)生的影響，以及在本小節(jié)實(shí)驗(yàn)中沒有對(duì)MFC驅(qū)動(dòng)器自身的遲滯、蠕變效應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)償所造成的。

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審核編輯 黃宇