机翼弯曲模拟系统的建模与仿真研究

赵孟文; 樊泽明

doi:10.13433/j.cnki.1003-8728.20230337

机翼弯曲模拟系统的建模与仿真研究

doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20230337

赵孟文^1,,
樊泽明²

1.
西安航空学院机械工程学院，西安，710077
2.
西北工业大学自动化学院，西安，710072

基金项目: 陕西省液压技术重点实验室开放基金项目（YYJS2022KF03）、西安市科学技术局高校院所科技人员服务企业项目（22GXFW0053）及西安航空学院校级科研基金项目（2022KY0206）

详细信息

作者简介:
赵孟文，副教授，zhaomw369@163.com

中图分类号: TP242
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出版历程
- 收稿日期: 2022-03-05
- 网络出版日期: 2024-03-08
- 刊出日期: 2024-02-01

Modeling and Simulation of Wing Bending Simulation System

ZHAO Mengwen^1
,,
FAN Zeming²

1.
School of Mechanical Engineering, Xi′an Aeronautical University, Xi′an 710077, China
2.
School of Automation, Northwestern Polytechnical University, Xi′an 710072, China

摘要

摘要: 某型飞机在飞行过程中，机翼将产生最大可达3米的变形，该变形将严重影响安装在飞机机翼上钢索传动装置的操控性能，同时考虑操控性能在真实飞行过程中的成本、难度、风险问题，构建了地面机翼弯曲模拟系统。首先，构建了由16套机构组成的全机翼半物理仿真模型,各机构均安装有一套位移伺服控制系统和一套角度伺服控制系统。然后对系统的角度控制及位移控制进行了建模、仿真研究，提出了有效的前馈和模糊控制相结合的控制策略。最后搭建了实验验证系统并进行了验证。结果表明：该系统设计合理，实用性强，满足钢索在机翼弯曲变形下的操控性能测试。
- 飞机机翼 /
- 钢索 /
- 电液伺服系统 /
- 多余力
Abstract: In the flight of a certain aircraft, the maximum deformation of the wing will be up to 3 meters, which will seriously affect the handling performance of the steel cable transmission device installed on the aircraft wing. Considering the cost, difficulty and risk of handling performance in the real flight, a ground wing bending simulation system is constructed. Firstly, a semi-physical simulation model for the whole wing is constructed, which consists of 16 sets of mechanisms. Each mechanism is equipped with a set of displacement servo control system and an angle servo control system. Then, the angle control and displacement control of the wing bending simulation system are modeled and simulated, and an effective control strategy by combining feedforward and fuzzy control is put forward. Finally, an experimental verification system is built to verify the rationality of the simulation system. The results show that this system is reasonable in design and strong in practicability, and can meet the test of steel cable handling performance under wing bending deformation.
- aircraft wing /
- steel cable /
- electro-hydraulic servo system /
- redundant force

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图 1 钢索传动装置在机翼上安装位置及跟随机翼运动示意图

Figure 1. Schematic diagram of the installation position of the cable drive on the wing and its movement following the wing

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图 2 模拟系统结构示意图

Figure 2. Schematic diagram of simulation system structure

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图 3 台体结构图

Figure 3. The structurae of the platform

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图 4 电液伺服阀的原理图

Figure 4. Schematic diagram of electro-hydraulic servo valve

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图 5 角度控制回路模型

Figure 5. The closed-loop control model of system angle

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图 6 位移控制闭环回路模型

Figure 6. The closed-loop model of displacement control

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图 7 阶跃响应图形

Figure 7. Step response graph

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图 8 伯德图

Figure 8. Bode diagram

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图 9 前馈补偿的结构图

Figure 9. Structure of feedforward compensation

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图 10 模糊PID控制算法结构

Figure 10. Fuzzy PID control algorithm structure

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图 11 钢索传动装置角速度误差跟踪曲线

Figure 11. Angular velocity error tracking curve of the cable transmission device

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图 12 三路同步控制响应曲线

Figure 12. Response curve of three-way synchronous control

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图 13 最高位试验结果图

Figure 13. Test results at the highest position

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图 14 最高位试验16号钢索传动装置位移曲线图

Figure 14. Displacement curve of No. 16 cable transmission device in the highest position test

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图 15 最高位试验16号钢索传动装置角度曲线图

Figure 15. Angle curve of No. 16 cable transmission device in the highest position test

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图 16 最高位试归零验结果图

Figure 16. Test results of return to zero at the highest position

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图 17 最高位归零试验16号钢索传动装置位移曲线图

Figure 17. Displacement curve of No. 16 cable transmission device for the highest position return to zero test

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图 18 最高位归零试验16号钢索传动装置角度曲线图

Figure 18. Angle curve of No. 16 cable transmission device for the highest position return to zero test

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表 1 钢索传动装置位移量与角度偏移量

Table 1. Displacement and angle offset of the cable transmission device

钢索传动装置编号	位移量/mm	角度偏移量/（°）
1	25	2.98
2	50	2.42
3	97	2.05
4	140	1.86
5	180	1.67
6	187	1.55
7	211	1.43
8	220	1.25
9	302	1.05
10	380	0.34
11	512	−0.26
12	621	−1.13
13	752	−1.79
14	906	−2.49
15	1045	−3.21
16	1380	−3.64

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