基于神经-模糊理论的弹性机翼阵风减缓控制方法研究

admin · 发表于昨天 16:52

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弹性飞机阵风减缓技术是提高现代大型飞机设计质量的核心关键题目之一，是重要的气动弹性与控制题目。大型飞机在飞行中常常受到大气紊流、风切变、突风等大气扰动影响。这些干扰会影响飞机的操纵性、稳定性，降低飞机的乘坐品质和结构使用寿命。大型飞机的大尺寸及复合材料的使用使飞机的气动弹性效应不断增大，大气扰动带来的影响也逐渐增大。因此，有必要设计有效的阵风减缓控制系统来提高飞机设计质量。同时，现代控制理论发展迅速，有必要将结构更好、功能更强大的控制理论引入阵风减缓题目。本论文针对一个三维大展弦比机翼模型研究设计了各种基于神经－模糊理论的低阶阵风减缓控制系统，并进行了仿真分析和风洞实验验证。论文的主要工作和结论包括：（1）引入神经－模糊控制理论，发展了阵风减缓智能控制方法。本文建立了完整的基于神经－模糊理论的阵风减缓控制理论及方法，并根据机翼模型设计了双重神经－模糊阵风减缓控制系统。该控制系统无需人工调整参数，并能考虑非线性因素。仿真和实验结果表明，该控制方法在不同飞行速度、不同阵风下都具有稳定良好的效果。并且，仿真和实验结果趋势一致，数值差别不大，仿真计算比较有效。（2）设计了基于神经－模糊理论的阵风减缓在线调节控制方法，兼顾了阵风减缓控制的鲁棒性和效率，进一步提高了阵风减缓控制律效果。仿真结果表明，该方法具有很强的鲁棒性，在不同飞行速度下、不同阵风、不同结构、不同时间延迟的情况都能有效提升其它控制律的阵风减缓效率，并能有效克服其它阵风减缓控制律在不同情况下可能出现的超调题目。（3）在阵风减缓题目中引入优化思想，建立多目标阵风减缓控制方法。该方法中的优化内容不只包括控制律参数的优化，也包括传感器的位置等优化，可以在不影响机翼结构特性的前提下，尽量提高阵风减缓控制律的效率。仿真结果表明，此控制方法能单独提高阵风引起的翼尖加速度响应的减缓效果，也能同时对翼尖加速度响应和翼根载荷响应具有良好的减缓效果。（4）在神经－模糊理论的基础上，研究了兼具阵风减缓和颤振主动抑制功能的阵风减缓综合控制方法。阵风减缓综合控制方法融合双重神经－模糊阵风减缓控制、在线调节阵风减缓控制、多目标优化阵风减缓控制的核心思想，并结合了颤振主动抑制方法。仿真结果表明，该控制系统在不同飞行速度的随机阵风干扰下，对结构有所偏差的机翼模型，一直能够保持稳定良好的翼尖加速度和翼根载荷响应减缓效率。并且，该系统还具有一定的颤振抑制功能。根据文中建立的阵风减缓控制方法设计的阵风减缓控制律均为1阶，工程实现容易，且应用时速度快，效率高。根据文中建立的阵风减缓控制方法设计的阵风减缓控制系统鲁棒性好，能对不同飞行速度、不同阵风干扰、不同结构误差及有时间延迟等各种情况保持稳定的阵风减缓效率，适应范围较宽。最终的综合控制系统能同时具备良好的阵风减缓效果和颤振抑制功能。此外，文中控制律的对象为实际机翼模型，控制律效果经过风洞实验验证。综合以上各点，本文中建立的阵风减缓控制方法具备广阔的应用前景。

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