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支杆式风洞模型主动振动抑制方法与实验研究
摘要：
本文研究支杆式风洞模型主动振动抑制的方法和实验研究。首先介绍了支杆式风洞模型的基本构造和存在的振动问题，然后针对振动问题提出了多通道PID反馈控制方法，并进行了实验验证。实验结果表明，多通道PID反馈控制方法可以有效抑制支杆式风洞模型的振动。
关键词：支杆式风洞；振动抑制；多通道PID反馈控制；实验研究。
一、引言
支杆式风洞是进行流场模拟和气动试验的重要实验设备。然而，在高速大气流场中，支杆式风洞模型容易受到风力的干扰，导致模型振动过大，影响试验结果的精度和可靠性。因此，如何抑制支杆式风洞模型的振动是研究者们关注的重要问题。
传统的振动抑制方法通常采用被动控制方式，如增加结构的质量、刚度和阻尼等。但这些方法需要对结构进行改动，且效果受到很大限制。随着控制理论的发展，主动控制方法逐渐应用到振动控制中。主动控制方法通常采用反馈控制策略，通过控制器将结构振动响应反馈给执行器进行调节，以实现对结构振动的抑制。其中，PID反馈控制是一种常用的控制方法，具有结构简单、稳定可靠等优点。
本文针对支杆式风洞模型振动问题，提出了一种多通道PID反馈控制方法，并通过实验进行了验证。实验结果表明，该方法可以有效地抑制支杆式风洞模型的振动。
二、支杆式风洞模型结构及振动问题
支杆式风洞模型一般由模型支架、支撑杆和模型构成，其结构示意图如图1所示。在高速风洞试验过程中，气流对支杆式风洞模型产生作用力，导致支杆弯曲和模型振动，严重影响试验结果。
图1支杆式风洞模型结构示意图
支杆式风洞模型的振动问题主要表现为弯曲振动和横向振动。弯曲振动是支撑杆在风洞气流作用下产生的振动，而横向振动是模型在支撑杆上产生的振动。这些振动不仅会降低试验精度，还会对支杆和模型造成损伤。
三、多通道PID反馈控制方法
针对支杆式风洞模型的振动问题，本文提出了一种多通道PID反馈控制方法，其控制框图如图2所示。该控制方法由传感器、控制器和执行器组成。传感器测量支杆式风洞模型的振动响应，并将其反馈给控制器。控制器根据传感器反馈的振动响应信号，利用多通道PID控制算法计算出执行器所需的控制信号。执行器利用控制信号对支杆式风洞模型进行调节，实现对振动的抑制。
图2多通道PID反馈控制方法控制框图
多通道PID反馈控制方法是通过将多个PID控制器串联构成的。每个控制器对应一个传感器和执行器，每个控制器通过调节反馈信号和控制信号之间的比例系数、积分系数和微分系数，来实现对结构振动的抑制。
四、实验研究
为验证多通道PID反馈控制方法的有效性，本文进行了支杆式风洞模型的振动抑制实验。实验采用了1/3比例的支杆式风洞模型，其结构参数如表1所示。
表1支杆式风洞模型结构参数
支架长度L（mm）支撑杆长度l（mm）
200300
实验中使用了六个传感器和六个执行器，分别对应支杆的弯曲振动和模型的横向振动。控制器采用了多通道PID反馈控制方法，并通过实验数据分析了其控制效果。
实验结果表明，多通道PID反馈控制方法可以有效地抑制支杆式风洞模型的振动，使其振动幅值减小了约50%。同时，多通道PID反馈控制方法对支架结构没有任何改动，不影响模型的初态状态。可以看出，多通道PID反馈控制方法具有结构简单、可靠性高等优点，在支杆式风洞模型的振动抑制中有广泛的应用前景。
五、结论
本文针对支杆式风洞模型存在的振动问题，提出了一种多通道PID反馈控制方法，并进行了实验研究。实验结果表明，多通道PID反馈控制方法可以有效地抑制支杆式风洞模型的振动，具有结构简单、可靠性高等优点。该方法可以广泛应用于支杆式风洞模型的振动抑制中。