飞机颤振主动抑制控制方法及对策研究

admin · 发表于昨天 22:29

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颤振主动抑制是气动伺服弹性综合研究的活跃分支，对现代飞行器结构和控制系统设计具有重要的工程意义，也是现代气动弹性学科理论发展的重要方向之一。本文紧随国内外最新研究进展，探索控制理论新方法在颤振主动抑制中的应用，为多控制面飞机或机翼部件的颤振题目，提供先进的、有效的控制律设计方法及控制对策。结合颤振主动抑制研究的技术内涵，本文工作包含以下四个方面：（1）气动弹性状态空间建模与频域气动力有理函数近似方法气动弹性状态空间模型是现代颤振主动抑制方法研究的基础。这里以国内多个飞行器型号、试验模型的频域气动力计算数据为基础，针对亚、超声速气动力，归纳与总结了有理函数近似的精度随滞后根变化的规律。统计结果表明，亚、超声速气动力滞后根规律不同，传统的滞后根取值方法需加以补充和完善。随后，提出具体的取值建议，在一定程度上解决了气动力有理函数近似中，传统滞后根取值方法的盲目性和随意性。（2）滑模变结构控制策略的颤振主动抑制应用滑模控制是颤振主动抑制控制律设计的新方法，诸多特点适合于颤振主动抑制应用。这里结合气动弹性学科背景，以经典二维机翼模型为切入点，探索滑模控制的应用机理，提出和研究了与工程应用密切相关的控制系统离散化、输出反馈实现、舵偏限幅、结构参数扰动，以及控制延时与采样率等题目。其中，针对舵偏限幅引起的滑模控制失效，提出并设计了滑模控制器输入补偿，使该方法理论上能够在颤振主动抑制中得以应用。随后，将滑模状态反馈控制用于三维真实机翼，并与传统设计方法对比。结果表明，该方法在参数鲁棒性、动响应抑制快速性等方面具有显著优势。（3）滑模观测器的使用与三维机翼的颤振主动抑制应用推广研究了Utkin观测器和Walcott-Żak观测器的颤振主动抑制应用。其中，利用LQG方法的滤波器增益矩阵，通过与LQG观测器结构对比，提出Walcott-Żak这类观测器的简化设计流程，从而将滑模观测器的颤振主动抑制应用从二维机翼推广至三维机翼。并结合气动弹性的物理背景，使该方法理论上可以用于实践。仿真结果表明，该观测器比LQG方法中的最优滤波器具有更好的抵抗噪声能力。随后，将滑模观测器与滑模状态反馈控制器结合使用，拓宽了滑模状态反馈控制的适用范围。（4）多控制面飞机的颤振主动抑制对策及方案研究以某多控制面飞机缩比模型为对象，研究了飞机全机构型的颤振主动抑制特点及对策。仿真分析表明，机身模态参与颤振耦合，增加了全机颤振主动抑制题目的复杂性，控制效果逊于机翼部件构型。针对该情况，提出在前机身增设控制面的控制方案。并对控制面筛选与精简，以最少的控制面数量获得较高的颤振主动抑制效能。结果表明，该控制对策效果良好，是值得参考的控制方案。

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