基于不確定性建模新方法的多作動機翼顫振主動抑制.pdf

1、顫振主動抑制（以下簡稱為顫振抑制）是近幾十年內(nèi)發(fā)展起來的氣動彈性新技術(shù)，主要得益于經(jīng)典控制和現(xiàn)代控制的發(fā)展和成功應(yīng)用。隨著主動柔性機翼概念的提出，人們從以往著力避免氣動彈性的負面效應(yīng)轉(zhuǎn)向充分利用主動控制技術(shù)來獲得所需的氣動彈性效應(yīng)，使飛行器具有柔性增大、結(jié)構(gòu)重量下降、飛行包線擴大、機動性能提高等特點，可為下一代飛行器設(shè)計提供關(guān)鍵技術(shù)。
　　本文以含多操縱面的小展弦比三維機翼風(fēng)洞模型為研究對象，開展了理論分析、數(shù)值模擬和風(fēng)洞實驗一體

2、化的顫振抑制研究。作者設(shè)計了顫振抑制控制器，建立了多作動機翼顫振抑制的風(fēng)洞實驗控制系統(tǒng)，并在風(fēng)洞實驗中驗證了顫振抑制控制器的有效性。本文的主要工作和學(xué)術(shù)貢獻如下：
　　1.提出了一種氣動彈性系統(tǒng)中參數(shù)化不確定性建模的新方法。傳統(tǒng)方法直接對系統(tǒng)狀態(tài)矩陣進行不確定性分析，存在重復(fù)建模和不確定性耦合問題，使得不確定性模型維數(shù)非常高，給控制器綜合帶來困難。而新方法從氣動彈性建模的根源出發(fā)，通過對信號進行分析和匯合，避免了不確定性的重復(fù)建模

3、，并能夠?qū)︸詈系牟淮_定項進行解耦，從而大幅減少不確定性模型的維數(shù)，進而可以更有效地設(shè)計顫振魯棒控制系統(tǒng)。
　　2.針對含前后緣控制面的二元機翼/外掛系統(tǒng)，使用偶極子網(wǎng)格法，考慮外掛的非定常氣動力影響，采用上述建模新方法建立了流速擾動下機翼/外掛氣動伺服彈性系統(tǒng)的不確定模型。開環(huán)顫振分析驗證了新方法的正確性，閉環(huán)仿真結(jié)果表明基于不確定性建模新方法設(shè)計的控制器能夠大幅提高顫振臨界速度。
　　3.將超聲電機作動器應(yīng)用到三維機翼顫振

4、抑制中，基于超聲電機和數(shù)字信號處理器（DSP）自行設(shè)計和研制了多作動機翼顫振抑制的風(fēng)洞實驗平臺，通過DSP的模擬輸出實現(xiàn)了前后緣超聲電機的精確角度跟隨。通過添加額外的輸出方程，成功地將二階微分方程描述的超聲電機數(shù)學(xué)模型合并到多作動機翼的氣動伺服彈性系統(tǒng)方程中，設(shè)計了多作動機翼顫振抑制的多輸入/多輸出（MIMO）LQG控制器。風(fēng)洞實驗結(jié)果表明，常規(guī)的LQG控制器并不能起到顫振抑制的效果，而對控制系統(tǒng)中存在的時滯進行補償?shù)腖QG控制器能夠把

5、多作動機翼的顫振臨界速度從34.5 m/s提高到37 m/s。
　　4.自行設(shè)計并研制了以實時仿真器（AD5435）為核心的具有高實時性的多作動機翼風(fēng)洞實驗控制系統(tǒng)，提出了一種前饋補償?shù)脑隽渴絇ID控制方法，能夠?qū)崿F(xiàn)前后緣直流電機的精確角度跟蹤。針對流速和空氣密度不確定性，采用上述建模新方法建立了多作動機翼的氣動彈性系統(tǒng)不確定性模型，分別設(shè)計了顫振抑制的單輸入/單輸出（SISO）和MIMOμ控制器。風(fēng)洞實驗結(jié)果表明，SISO控制器