自适应模糊控制算法在变马赫数风洞控制系统中的应用

摘要

变马赫数推进风洞用于开展变马赫数条件下发动机内流场的流动机理研究以及加减速过程中发动机的气动性能研究，是检验航空航天高超声速飞行器性能的重要手段之一。加热器供气系统是为风洞吹风试验提供变马赫数下气流条件的重要保障，其中对各组分气体的流量控制尤为重要。力学所原有风洞控制系统采用传统PID控制算法，但对于复杂的风洞供气系统难以取得良好的控制效果。 针对原有风洞控制系统自动化水平低的现状，进行了硬件和软件设计，采用类似SCADA系统结构的控制系统，并设计了PLC控制程序和WinCC监控界面，做到控制技术和信息技术无缝连接，实现管控一体化。 根据变马赫数实现原理和加热器供气管路结构，设计了压力控制流量的串级双闭环控制回路。采用测试建模方法，运用递推最小二乘法辨识系统模型参数，通过实验数据辨识得到加热器供气系统的数学模型。 由于加热器供气系统结构复杂且影响因素多，具有参数时变性、非线性、时滞性等特点，建立精确数学模型困难，针对此设计了一种自适应模糊控制算法，提高了非稳态过程控制的跟踪性、稳定性和精确性。通过Matlab仿真实验，与传统PID进行了多方面控制效果的比较，证明了此算法的优越性，可满足控制要求。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 研究的背景与意义

1．2 国内外相关研究

1．2．1 风洞测控技术的研究发展

1．2．2 风洞控制算法的国内外相关研究

1．2．3 模糊控制技术的国内外相关研究

1．3 论文内容与结构安排

第二章 变马赫数推进风洞控制系统设计

2．1 变马赫数推进风洞介绍

2．1．1 变马赫数推进风洞技术要求

2．1．2 变马赫数推进风洞结构介绍

2．1．3 变马赫数推进风洞控制系统组成介绍

2．2 变马赫数推进风洞控制系统总体设计

2．2．1 控制系统总体结构设计

2．2．2 自动控制功能设计

2．2．3 自动监测功能设计

2．3 变马赫数推进风洞控制系统硬件设计

2．4 加热器供气系统控制设计

2．4．1 马赫数的控制原理

2．4．2 加热器供气管路结构

2．4．3 加热器供气流量控制策略

2．5 本章小结

第三章 变马赫数推进风洞加热器控制系统建模

3．1 建模对象的模型分析

3．1．1 气动薄膜调节阀的模型分析

3．1．2 管道压力调节机构的模型分析

3．2 参数辨识

3．3 建模实验

3．4 本章小结

第四章 参数自适应模糊控制器的设计与仿真分析

4．1 模糊控制基础理论

4．1．1 模糊集合和语言变量

4．1．2 模糊控制系统概述

4．2 基本模糊控制器的设计

4．2．1 模糊器结构的确定

4．2．2 模糊语言变量的设计

4．2．3 模糊规则的制定

4．2．4 模糊控制表的建立

4．3 参数自适应模糊控制器的设计

4．4 线性插值法的采用

4．5 仿真结果与分析

4．6 本章小结

第五章 变马赫数推进风洞控制系统软件设计

5．1 PLC控制程序的设计

5．1．1 硬件组态及网络通讯

5．1．2 参数白适应模糊控制器模块设计

5．1．3 模块化程序设计

5．2 WinCC监控系统设计

5．3 本章小结

第六章 结论与展望

参考文献

致谢

作者及导师简介