基于MEMS微致動(dòng)器的風(fēng)力機(jī)翼型主動(dòng)流動(dòng)控制.pdf

1、MEMS(Micro E1ectro Mechanical System)是采用微機(jī)械加工技術(shù),集微型傳感器、微型致動(dòng)器、微型控制器于一體的微機(jī)電系統(tǒng)。把MEMS微致動(dòng)器技術(shù)應(yīng)用于風(fēng)力機(jī)翼型的主動(dòng)流動(dòng)控制是一個(gè)創(chuàng)新性研究,它可以實(shí)現(xiàn)減小阻力、增加升力、提高風(fēng)力機(jī)機(jī)動(dòng)能力、降低噪聲等目的,并可顯著地改善風(fēng)力機(jī)的運(yùn)行穩(wěn)定性。
　　本研究首先建立了一種新的翼型結(jié)構(gòu)模型。該模型是基于MEMS微氣泡型致動(dòng)器建立的,依靠微氣泡的充氣、放氣過(guò)程

2、來(lái)改變翼型周圍的流場(chǎng),改善翼型的氣動(dòng)特性。在這個(gè)結(jié)構(gòu)模型的基礎(chǔ)上,采用分析動(dòng)力學(xué)的方法,利用拉格朗日第二類方程,推導(dǎo)出系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方程并進(jìn)行線性化處理。其次,基于Leishman。Beddoes(L一B)動(dòng)態(tài)失速模型,建立翼型的空氣動(dòng)力學(xué)模型,并用一組非定常的空氣動(dòng)力學(xué)方程來(lái)表示該模型。方程給出了線性以及非線性兩種形式,線性運(yùn)動(dòng)方程用來(lái)進(jìn)行系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析和控制策略的設(shè)計(jì),非線性運(yùn)動(dòng)方程町以用于進(jìn)行時(shí)間仿真來(lái)評(píng)估控制的性能。再次,綜合

3、結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)方程和空氣動(dòng)力學(xué)方程,二者通過(guò)風(fēng)速、攻角、氣動(dòng)力等量進(jìn)行耦合,選取合適的狀態(tài)變量和輸入輸出量,推導(dǎo)得出整個(gè)系統(tǒng)的狀態(tài)空間方程,為之后的流動(dòng)控制提供數(shù)學(xué)模型。最后,根據(jù)建模所得到的狀態(tài)空間方程,選用線性二次型調(diào)節(jié)器(LQR),利用MATLAB軟件編程對(duì)風(fēng)力機(jī)翼型進(jìn)行流動(dòng)控制。得到控制前與控制后的風(fēng)力機(jī)翼型升力、阻力系數(shù)以及振動(dòng)量的變化曲線。通過(guò)曲線的對(duì)比,可以看到,加裝了MEMS微氣泡制動(dòng)器之后,風(fēng)力機(jī)翼型的氣動(dòng)力系數(shù)發(fā)生了明顯