含结构非线性和时滞的二元翼段颤振主动抑制研究

摘要

近年来，通过控制机翼控制面的转角输出来实现颤振主动抑制，在航空领域已成为一种有望应用于实际工程的控制方法。然而，过去对机翼颤振主动控制技术的研究往往忽略了控制系统中的时滞因素和机翼的结构非线性因素。本文以三自由度的二元翼段模型为研究对象，研究了时滞因素以及控制面间隙非线性对机翼颤振控制系统的动力学影响。
　　本研究主要内容包括：⑴基于DSP处理器，超声电机作动器和各传感器完成了机翼主动控制系统的硬件设计，搭建了机翼颤振抑制风洞实验的平台。完成了对超声电机实验测试和数学建模，并设计了PID运动控制算法，实现了电机精确的运动跟踪控制效果。此外，还设计了机翼颤振控制系统的串口通信监控界面，便于对整个系统的状态进行实时监测。⑵根据Theodorsen非定常气动力理论建立了该翼段模型的运动状态方程，并采用根轨迹法对二元翼段气动弹性模型求解得到了颤振速度。然后根据鲁棒控制理论设计了H∞控制器和控制器，分别与二元翼段气动弹性系统共同组成了机翼颤振主动控制系统，并在不同的风速情况下进行了数值仿真和风洞实验。仿真和实验结果都表明，所设计的鲁棒控制器对机翼的颤振具有很好的控制效果。⑶针对控制回路中时滞问题，在控制系统的输出反馈信号中引入时滞量，通过数值仿真和风洞实验探求不同的时滞量对机翼颤振控制系统控制效果的影响，并比较了H控制器和控制器对不同大小时滞量的鲁棒稳定性。⑷建立了含控制面间隙非线性的三自由度二元机翼气动弹性模型，并以状态方程的形式加以描述。通过对机翼控制面部分进行结构设计使控制面传动连接处能产生不同的间隙值，研究了不同大小的控制面间隙对机翼颤振主动系统的动力学影响。风洞实验表明，控制面间隙非线性的存在使机翼颤振控制系统产生了极限环振荡等动力学现象，并与仿真结果一致。

目录

声明

注释表

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 关于机翼颤振主动控制制技术的研究

1.3 机翼颤振抑制中的时滞问题研究

1.4 机翼结构非线性的研究

1.5 本文的内容安排

第二章 含超声电机的机翼颤振控制系统的设计

2.1 引言

2.2 选择超声电机作为翼段模型的作动器

2.3 超声电机的实验建模

2.4 选择DSP作为机翼颤振控制系统的控制器

2.5 二元翼段模型控制系统的总体设计

2.6 信号传感器简介

2.7 PID运动控制算法

2.8 基于Matlab GUI的机翼颤振控制系统串口通信设计

2.9 本章小结

第三章 基于H∞控制和μ控制的二元机翼颤振主动抑制分析

3.1 引言

3.2 二元翼段气动弹性系统模型的建立

3.3 机翼颤振控制律的设计

3.4 机翼颤振速度的计算与控制器的降阶

3.5 机翼颤振控制系统的数值仿真

3.6 H∞控制器和μ控制器的风洞实验验证

3.7 时滞因素对机翼颤振控制系统的影响

3.8 本章小结

第四章 控制面间隙非线性对机翼颤振主动控制系统的影响

4.1 引言

4.2 含控制面间隙非线性的二元翼段模型

4.3 含控制面间隙非线性的二元翼段模型参数的确定

4.4 建立含控制面间隙非线性的二元翼段气动弹性数学模型

4.5 含控制面间隙非线性的机翼颤振控制系统的仿真分析

4.6 控制面间隙非线性的风洞实验验证

4.7 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 本文主要工作内容

5.2 工作展望

参考文献

致谢

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