實驗名稱：機(jī)翼變形控制系統(tǒng)設(shè)計與實驗驗證

測試目的：考慮MFC驅(qū)動器遲滯、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)計工作，并進(jìn)行機(jī)翼彎度變形地面實驗研究，通過實驗手段實際考察機(jī)翼彎度變形情況；驗證所提變彎度機(jī)翼設(shè)計及控制方法的可行性與有效性。

測試設(shè)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(shè)計的變形機(jī)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(shè)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(jī)翼尾緣測量點(diǎn)處的位移變化來感知MFC驅(qū)動器對機(jī)翼彎度變形的控制效果。

圖2：加載電壓

實驗結(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)動下，機(jī)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(jī)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(jī)翼末端有效變形量最高可達(dá)7.8mm（對應(yīng)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(jī)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(shè)計的變形機(jī)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(jī)翼變形量略大于實驗測量得到的機(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(yīng)進(jìn)行補(bǔ)償所造成的。

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審核編輯 黃宇