高尚

摘要： 根據(jù)協(xié)調(diào)加載系統(tǒng)作動(dòng)筒在調(diào)試梁架和實(shí)際試驗(yàn)中的不同反饋曲線，分析了剛度對(duì)協(xié)調(diào)加載系統(tǒng)控制參數(shù)的影響，為今后試驗(yàn)前調(diào)試工作提出了合理的建議。

Abstract： According to different feedback curves of the coordinated loading system in the beam commissioning and actual test， this paper analyzes the influence of the stiffness on the control parameters of the system， and puts forward reasonable suggestions for future debugging work before testing.

關(guān)鍵詞： 剛度；PID；調(diào)試梁架

Key words： stiffness；PID；beam commissioning

中圖分類號(hào)：V216.1+2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2017）09-0129-02

0 引言

地面載荷校準(zhǔn)試驗(yàn)是有關(guān)飛行載荷數(shù)據(jù)準(zhǔn)確與否的重大試驗(yàn)，加載量級(jí)對(duì)于載荷方程的精度有巨大的影響[1]。加載設(shè)備最開(kāi)始采用手動(dòng)液壓作動(dòng)筒，在進(jìn)行多點(diǎn)加載時(shí)，對(duì)加載人員、指揮人員的要求高，試驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn)大。引入?yún)f(xié)調(diào)協(xié)調(diào)加載系統(tǒng)后，由計(jì)算機(jī)控制作動(dòng)筒執(zhí)行加載動(dòng)作，大大降低了多點(diǎn)加載時(shí)的試驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn)。

剛度是機(jī)械零件和構(gòu)件抵抗變形的能力。在彈性范圍內(nèi)，剛度是零件載荷與位移成正比的比例系數(shù)，即引起單位位移所需的力。協(xié)調(diào)協(xié)調(diào)加載系統(tǒng)采用了PID控制方法[2]，PID控制簡(jiǎn)單易懂，是最早實(shí)用化的控制器。使用中只需設(shè)定三個(gè)參數(shù)即可。在很多情況下，并不一定需要設(shè)置三個(gè)參數(shù)。本次試驗(yàn)協(xié)調(diào)系統(tǒng)就只設(shè)定了比例單元（P）和積分單元（I）。

1 PID參數(shù)和剛度

1.1 PID參數(shù)

每個(gè)作動(dòng)器的物理?xiàng)l件不同，因此，要得到滿意的加載曲線，需要對(duì)每個(gè)作動(dòng)器進(jìn)行調(diào)試，得到合理的P值和I值。我們?cè)谡{(diào)試梁架進(jìn)行了作動(dòng)器的調(diào)試，然后將PID控制參數(shù)記錄固定，最后把作動(dòng)器直接搬移到飛機(jī)機(jī)翼下面進(jìn)行試驗(yàn)。

作動(dòng)器在調(diào)試梁架下加載調(diào)試時(shí)，主要是要求作動(dòng)器加載動(dòng)作對(duì)命令的響應(yīng)要及時(shí)準(zhǔn)確，調(diào)大P值，可以使作動(dòng)器的響應(yīng)迅速，但同時(shí)可能會(huì)帶來(lái)作動(dòng)器的抖動(dòng)問(wèn)題，因此需要在響應(yīng)速度和抖動(dòng)之間做均衡考慮。加載量級(jí)越大的作動(dòng)器，最終確定的P值也會(huì)越大，不同廠家相同量級(jí)的作動(dòng)器P值也不相同。本次共調(diào)試了16個(gè)作動(dòng)器，它們加載量級(jí)和PID值見(jiàn)表1。

1.2 調(diào)試梁架的剛度

每個(gè)作動(dòng)器都安裝了位移傳感器，用于測(cè)量作動(dòng)筒伸長(zhǎng)的長(zhǎng)度。當(dāng)作動(dòng)器接觸到梁架或機(jī)翼時(shí)，記錄下此時(shí)的位移數(shù)值，然后在作動(dòng)器加載到最大載荷時(shí)，再次記錄位移，用載荷除以兩次位移的差值就反應(yīng)了梁架或機(jī)翼某處的剛度。調(diào)試梁架加載位置如圖1所示。

用上述方法，我們首先算出梁架的7處加載位置的剛度，見(jiàn)表2。

1.3 某機(jī)翼的剛度

機(jī)翼加載點(diǎn)位置如圖2所示。

同樣，可以用1.2內(nèi)容的方法，算出機(jī)翼加載點(diǎn)的剛度，見(jiàn)表3。

2 調(diào)試梁架和機(jī)翼的加載曲線

2.1 調(diào)試梁架的加載曲線

我們將作動(dòng)器放在調(diào)試梁架下調(diào)試PID參數(shù)，得到了滿意的作動(dòng)器響應(yīng)。如圖3所示，

2.2 機(jī)翼的加載曲線

當(dāng)機(jī)翼單點(diǎn)加載時(shí)，作動(dòng)器的反饋表現(xiàn)正常，與調(diào)試梁架下一致。如圖4所示。

當(dāng)機(jī)翼多點(diǎn)加載時(shí)，因?yàn)闄C(jī)翼各點(diǎn)的剛度不一致。在卸載時(shí)，剛度大的點(diǎn)處作動(dòng)器伸縮量較小，因?yàn)槭菂f(xié)調(diào)卸載，剛度小的點(diǎn)處作動(dòng)器需要運(yùn)動(dòng)更大的行程，容易出現(xiàn)反饋滯后、超出的情況。如圖5、圖6所示。

3 分析與結(jié)論

通過(guò)調(diào)試梁架調(diào)試作動(dòng)器的控制參數(shù)，在機(jī)翼下進(jìn)行單點(diǎn)和多點(diǎn)加載，比較分析其加載曲線，可以得到以下三點(diǎn)：

①在單點(diǎn)加載時(shí)，加載點(diǎn)的剛度幾乎不對(duì)作動(dòng)器的響應(yīng)產(chǎn)生影響；②在多點(diǎn)加載時(shí)，如果加載點(diǎn)之間的剛度差距較大，作動(dòng)器之間會(huì)相互影響其跟隨性；③多點(diǎn)加載時(shí)，從圖6曲線可以看出，每個(gè)臺(tái)階開(kāi)始和結(jié)束時(shí)都是命令和反饋值偏離最大的時(shí)候。

由以上分析可以得出，當(dāng)調(diào)試梁架的剛度和試件的剛度相差較大時(shí)，作動(dòng)器的控制參數(shù)在實(shí)際加載時(shí)并不適用；當(dāng)進(jìn)行多個(gè)作動(dòng)器協(xié)調(diào)加載時(shí)，減少加載的臺(tái)階會(huì)讓試驗(yàn)的整個(gè)過(guò)程更加安全可控。

4 展望與建議

為消除作動(dòng)器在飛機(jī)多點(diǎn)加載時(shí)的命令與反饋不一致的現(xiàn)象，可以從以下幾個(gè)方面來(lái)考慮改進(jìn)：

①改進(jìn)調(diào)試梁架的設(shè)計(jì)，使其剛度可以像機(jī)翼那樣逐漸變化；②卸載時(shí)，可以緩慢但不停止的從最大值卸載到零；③擇和加載量級(jí)相一致的作動(dòng)器。

參考文獻(xiàn)：

[1]Jerald M.Jenkins，V.Michael DeAngelis，A Summary of Numerous Strain-Gage Load Calibration on Aircraft Wings and Tails in a Technology Format， NASA Technical Memorandum 4804.

[2]MTS AeroProTM Software Reference.

[3]李秋紅.航空發(fā)動(dòng)機(jī)智能魯棒控制研究[D].南京航空航天大學(xué)，2011.