分離流動的電磁力主動控制.pdf

1、主動流動控制是控制科學和流體力學交叉所產(chǎn)生的一個新的研究領(lǐng)域。主動流動控制通過向流場注入可控的能量，可抑制流動分離和轉(zhuǎn)捩、提高流動穩(wěn)定性，達到減少航行器在流體中的阻力、減少壓力脈動、降低輻射噪聲等效果。與被動控制方式相比，主動流動控制具有更高的效率和魯棒性，因而具有廣闊的應用前景，但也面臨著更加復雜的理論和實際應用問題。
　　 利用海水的弱導電性，通過電磁力來改變局部流場，是一種新興的主動流動控制方式。本文以電磁力作用下圓柱繞流

2、和大功角翼型繞流兩種分離流動為控制對象，研究了有關(guān)的模型降階、控制器設(shè)計和分析問題。
　　 一般主動流動控制分為基于模型和不依賴模型兩類方式，本文對兩類控制方式都進行了研究。首先，在模型降階研究中，利用有限體積法得到的流場分析數(shù)據(jù)，基于快照式本征正交分解和Galerkin投影方法，建立了電磁力作用下圓柱繞流的降階模型，并利用改進的粒子群優(yōu)化算法進行模型參數(shù)的校準，提高了降階模型的精度。
　　 在降階模型的基礎(chǔ)上，應用非線

3、性系統(tǒng)的耗散性理論設(shè)計了控制器。利用POD分解證明了當圓柱繞流處于穩(wěn)定的振蕩狀態(tài)時，圓柱所受升力的頻率與流場中任一點速度振蕩的頻率相同，因此可以利用升力的測量信號來估計流場的狀態(tài)。該控制器以布置在圓柱表面的電極和磁極作為作動器，將升力作為傳感器反饋信號。通過改變圓柱壁面上的電極電壓來耗散尾流中的脈動能量，設(shè)計的控制器能有效地減少圓柱繞流的振蕩幅度。
　　 其次，在不依賴于模型的主動流動控制策略研究中，提出了基于粒子群優(yōu)化的極值搜

4、索控制算法（PSOESC）。該算法可通過在線測量和尋優(yōu)，使得控制器工作在最佳狀態(tài)附近; 為提高該算法的實用性，針對粒子群優(yōu)化的隨機性、群體性特點，提出狀態(tài)序列的重排算法，以減少控制過程中的振蕩和增益過大現(xiàn)象；還針對粒子群優(yōu)化和分離流動的極限環(huán)振蕩周期性特點，提出了PSOESC 加速收斂算法。
　　 最后，利用隨機差分方程理論分析了PSOESC在噪聲環(huán)境中的穩(wěn)定性，給出了測量噪聲干擾下保證粒子群優(yōu)化算法收斂的充分條件，并分析了目標

5、函數(shù)性態(tài)和噪聲強度對尋優(yōu)精度的影響。證明了有界測量噪聲干擾的作用下標準PSO算法產(chǎn)生的序列所滿足的動態(tài)方程的穩(wěn)定性判據(jù)與無干擾時的一致。當標準PSO的參數(shù)滿足條件時，噪聲不會影響標準PSO算法是否收斂。該結(jié)論也可推廣到時變參數(shù)PSO算法中去。但是，噪聲會影響標準PSO 尋優(yōu)的準確性，即在噪聲干擾下，PSO將只是收斂到真最優(yōu)值的附近，其誤差限的大小與目標函數(shù)的性態(tài)和噪聲的強度有關(guān)。
　　 數(shù)值分析和模型實驗表明，本文提出的兩種主動