實驗名稱：機翼變形控制系統(tǒng)設計與實驗驗證

測試目的：考慮MFC驅(qū)動器遲滯、蠕變特性補償?shù)淖儚澏葯C翼開、閉環(huán)控制系統(tǒng)設計工作，并進行機翼彎度變形地面實驗研究，通過實驗手段實際考察機翼彎度變形情況；驗證所提變彎度機翼設計及控制方法的可行性與有效性。

測試設備：電壓放大器、壓電纖維驅(qū)動器、激光位移傳感器、數(shù)據(jù)采集卡等。

圖1：實驗系統(tǒng)總體框圖

實驗過程：

針對所設計的變形機翼開展了靜態(tài)變形測試實驗。實驗中MFC電壓加載區(qū)間設定為[0，1500]V，選取如圖2所示的“臺階”形式的電壓加載信號，控制電壓以每60s遞增100V方式施加于MFC上，直至遍歷整個電壓加載區(qū)間。實驗過程中，通過激光位移傳感器實時采集機翼尾緣測量點處的位移變化來感知MFC驅(qū)動器對機翼彎度變形的控制效果。

圖2：加載電壓

實驗結(jié)果：

圖3：機翼尾緣位移變化

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

圖4：實驗與仿真結(jié)果對比

圖4為本章實驗結(jié)果與有限元仿真得到的計算結(jié)果對比圖。對比兩圖可以發(fā)現(xiàn)，兩種手段得到的加載電壓與變形量間的變化趨勢基本相同，但通過仿真計算得到的機翼變形量略大于實驗測量得到的機翼變形量，這是由于在有限元建模過程中沒有考慮MFC驅(qū)動器及環(huán)氧樹脂膠對結(jié)構(gòu)性能產(chǎn)生的影響，以及在本小節(jié)實驗中沒有對MFC驅(qū)動器自身的遲滯、蠕變效應進行補償所造成的。

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審核編輯 黃宇