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，主要得益于經(jīng)典控制和現(xiàn)代控制的發(fā)展和成功應用。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轉向充分利用主動控制技術來獲得所需的氣動彈性效應，使飛行器具有柔性增大、結構重量下降、飛行包線擴大、機動性能提高等特點，可為下一代飛行器設計提供關鍵技術。
　　本文以含多操縱面的小展弦比三維機翼風洞模型為研究對象，開展了理論分析、數(shù)值模擬和風洞實驗一體

2、化的顫振抑制研究。作者設計了顫振抑制控制器，建立了多作動機翼顫振抑制的風洞實驗控制系統(tǒng)，并在風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術貢獻如下：
　　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)仿真結果表明基于不確定性建模新方法設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）自行設計和研制了多作動機翼顫振抑制的風洞實驗平臺，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)學模型合并到多作動機翼的氣動伺服彈性系統(tǒng)方程中，設計了多作動機翼顫振抑制的多輸入/多輸出（MIMO）LQG控制器。風洞實驗結果表明，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，分別設計了顫振抑制的單輸入/單輸出（SISO）和MIMOμ控制器。風洞實驗結果表明，SISO控制器