考虑运动副间隙的翅翼机构混沌运动及其控制研究

摘要

基于仿生学原理的微扑翼飞行器在军事和民用上有极其重要的用途，近年来引起了各领域研究者的特别关注。翅翼机构是微扑翼飞行器中的关键组成部分，其动态特性与微扑翼飞行器性能之间有直接的关系。
　　 由于翅翼机构不可避免的含有间隙，当机构在高速运动时，运动副的元素会发生短暂脱离接触的现象，待再接触时会发生冲击，引起剧烈振动。冲击阶段中的构件速度、加速度、运动副反力会发生急剧变化。研究表明，机构处于混沌运动状态所产生的气动力波动加剧，升力系数下降。为了克服混沌运动给翅翼机构动力性能造成的不良影响，本文对含间隙翅翼机构混沌运动及其控制问题展开研究。
　　 论文首先对了Henon系统展开研究，并以Henon系统控制问题为例验证了OGY法的可行性及有效性。研究中发现OGY法对响应矢量比较敏感，通过给定不同响应矢量和目标点可将系统控制到不同的周期轨道上。研究工作为翅翼机构的混沌控制奠定了基础。
　　 本文研究了翅翼机构系统处于混沌状态时的动力学特性，通过系统相图和Poincare图研究了系统的混沌特性，根据系统在不同参数下的最大Lyapunov指数图，发现随翅翼机构拍动频率的增加，系统最大Lyapunov指数有增大的趋势。本文利用构造的频闪时间序列构造二维Poincare映射，得到OGY混沌控制法所需参数，并成功将系统控制到周期运动轨道上。由于混沌控制过程中采用了构造频闪时间序列作为判断混沌控制开启的条件，所以本文所提出的方法具有较高的计算效率。
　　 本论文的建模、优化及仿真工作是利用MATLAB软件完成的。