多回路气动伺服弹性系统稳定裕度的确定

为研究气动伺服弹性问题对飞机稳定性的影响,提出了一种基于μ分析的采用试飞数据确定伺服弹性系统稳定裕度的新方法。采用小波时频去噪的方法对试飞数据进行了预处理,研究了开环增益的非参数估计方法,并建立了μ分析与开环增益矩阵的理论联系,实现了无模型的在线稳定性分析。最后将新方法与回差矩阵最小奇异值方法进行了比较,验证了该方法的优越性。     

多变量飞控系统稳定裕度的μ分析方法研究

提出了一种采用μ方法分析多变量飞控系统稳定裕度的新方法,并通过在回路中添加对角乘性摄动矩阵,建立了多变量系统鲁棒稳定裕度与经典的幅值-相角裕度之间的对应关系,给出了二者的对应关系图。最后,以某型飞机横侧向回路为例,验证了方法的有效性和优越性。     

μ分析在飞控系统稳定裕度评估中的应用

传统控制系统稳定裕度评估方法主要用于单输入单输出(SISO)系统,且对模型参数摄动考虑不够全面,针对这些不足,研究了μ分析方法。在介绍系统广义稳定裕度相关概念、评估准则、系统线性分式变换(LFT)表达的基础上,给出了基于μ分析的多变量系统稳定裕度评估方法。最后给出一个示例,仿真结果表明该方法是一种有效的评估算法,具有重要的理论和工程意义。     

气动伺服弹性系统不确定性建模与鲁棒稳定性

 气动伺服弹性系统在不确定性摄动下的鲁棒稳定性问题对于带有自动控制系统的弹性飞行器是非常关键的。利用线性分式变换形式,考虑参数和非参数不确定性的摄动,如广义刚度、广义质量、广义非定常气动力以及伺服系统的不确定性摄动,由各子系统到整个闭环系统依次建立气动伺服弹性的状态空间模型,并应用结构奇异值μ方法分析了系统的鲁棒稳定性。两个算例表明了该建模方法的方便适用以及μ方法在气动伺服弹性鲁棒稳定性分析中的应用前景。     

多输入气动伺服弹性系统抗阵风不灵敏性研究

针对飞机多输入 /多输出气动伺服弹性系统的抗阵风不灵敏性进行理论分析与计算验证。对于耦合的多回路飞行控制系统 ,建立弹性结构、非定常气动力和控制系统构成的气动伺服弹性分析模型 ,根据现代控制理论中的鲁棒分析技术 ,以系统回差矩阵的奇异值理论为基础 ,应用系统抗干扰不灵敏性的判据 ,确定气动伺服弹性系统对阵风外干扰保持不灵敏性的能力。以某型飞机横侧向耦合控制系统为对象 ,采用 Dryden谱形式的大气紊流模型作为外部阵风干扰 ,对系统的不灵敏性及阵风响应进行计算、分析和比较     

战术导弹气动伺服弹性滑模控制技术

为抑制弹体弹性振动引起的控制系统品质恶化,建立了高精度弹性动态模型,采用模态自适应结构滤波技术,在极点配置优化控制参数的基础上,设计了滑模变结构策略,对局部增益进行自适应切换,实现了弹性导弹全包线鲁棒稳定。通过开发弹性弹体非线性集成仿真系统,为导弹气动伺服弹性振荡及失稳现象提供了数字仿真预测与复现手段,以全面验证飞行控制系统的综合性能。高空弹道试验与数字仿真结果表明,开发的非线性仿真系统可信度较高,滑模变结构策略设计合理,控制系统鲁棒性较强,能够抑制包括弹性振动在内的多种不确定性影响。     

捷联系统陀螺仪伺服回路MIMO控制器设计

动调陀螺仪是一个两自由度陀螺仪,存在章动运动。在捷联系统中,通过陀螺仪伺服回路来敏感角速率。但由于工程上采用简化模型进行单轴伺服回路的设计,没有消除章动运动产生的噪声,使得系统输出噪声幅值较大。本文提出了一种多变量控制方法来实现陀螺仪伺服回路的解耦,通过试验表明该方法有效减小了噪声,提高了系统的精度,满足系统要求。     

机翼的气动伺服弹性设计优化研究

以气动伺服弹性特性为约束和目标,对一个大展弦比机翼进行了结构/控制设计优化。该机翼具有双梁式结构和一个用于阵风响应减缓的主动控制面。在气动伺服弹性分析模型的基础上,建立了优化问题的数学描述。选取结构刚度和控制器参数为设计变量,以发散、无控和有控情况的颤振为约束条件,以结构重量和阵风响应组合性能为目标函数。采用遗传算法进行优化,得到的最优设计结果与原基准模型相比,机翼在满足气动弹性稳定的约束条件下,结构重量有所减轻,且阵风响应显著地减缓。     

高保真气动伺服弹性系统降阶技术研究

采用高保真非定常气动力辨识技术获得的气动伺服弹性(ASE)系统时域模型往往阶次较高,不利于控制系统设计的应用.为了有效降低高阶ASE系统阶次,研究了高保真ASE模型的降阶特性,分别采用平衡截断、奇异摄动以及平衡奇异摄动模型降阶技术,结合BACT系统讨论了各种方法在ASE模型降阶中的应用情况,通过仿真比较得知,平衡奇异摄动法应用于ASE模型的降阶具有一定的优势,可以大幅降低模型阶次,且能够保证降阶模型的精度.     

多变量飞控系统的稳定裕度分析

根据系统回差阵最小奇异值及通用相角－幅值裕度估算图,给出了在系统的输入和输出端所有通道的相角和幅值同时变化时系统的稳定裕度,它不仅可作为评价不同控制律鲁棒性优劣的指标之一,也是对古典单通道量测ＭＩＭＯ系统稳定裕度的补充。同时为了克服所得结果的保守性,采用了两种改进方法,并对某型飞机的侧向运动系统进行了稳定裕度的分析、比较。     

推力耦合的高超声速飞行器气动伺服弹性研究

对于采用吸气式超燃冲压发动机的高超声速飞行器,其发动机推力可能与机身弹性发生耦合影响,从而引起所谓的推力耦合气动伺服弹性(ASE)问题。为对其耦合原理及影响进行研究,以简化的飞行器纵向模型为对象,考虑结构弹性、非定常气动力、冲压发动机以及控制系统之间的相互耦合作用,建立了推力耦合的高超声速飞行器气动伺服弹性问题的一般建模框架和分析流程。采用牛顿冲击理论计算高超声速非定常气动力,基于准一维流动假设分析发动机性能。算例结果表明,考虑发动机推力的耦合影响后,飞行器的短周期特性和气动伺服弹性特性均有明显改变,气动伺服弹性稳定裕度下降可达16%,应当引起飞行控制系统设计部门的重视。     

陀螺加速度计伺服回路的滑模变结构控制方法研究

陀螺加速度计的正常工作需要相应的伺服回路来保证仪表具有足够的静态和动态性能,以陀螺加速度计伺服回路为研究对象,对其控制方法进行研究.基于已有的数字控制方案,针对陀螺加速度计伺服回路的参数摄动等不确定问题,设计了一种离散域内的滑模变结构控制器,并对其进行相关仿真和实验.仿真和实验结果表明,滑模变结构控制器的动态性能良好,具有较强的鲁棒性.     

平衡截断方法在气动伺服弹性系统模型降阶中的应用

研究了平衡截断方法在多输入/多输出气动伺服弹性系统模型降阶中的应用。简要分析了气动伺服弹性系统模型建立的一般过程,详细讨论了平衡截断方法的基本原理并给出了其中的一种算法。以机翼气动伺服弹性系统为对象,比较了降阶前后模型变化情况。     

高超声速飞行器气动伺服弹性的自适应抑制

针对弹性高超声速飞行器的气动伺服弹性问题,提出一种结合线性自抗扰和自适应陷波器的综合控制方案。针对强耦合和强不确定性问题,采用线性自抗扰控制对总扰动进行快速估计和补偿。为了在最小化对刚体控制性能影响的同时实现对频率未知且时变的弹性模态的抑制,采用能够在线估计弹性频率的自适应陷波器。根据气动伺服弹性抑制问题的特点提炼出对自适应陷波器的性能需求。针对这些需求设计了两种基于递推最大似然法的多频率直接辨识方案——参数单独自适应和同时自适应方案。为了提高辨识算法在各种随机扰动下的鲁棒性,在此基础上提出一种在线有效性监督机制,并通过大量的数字仿真对两种方案进行了性能对比。最后,在弹性高超声速飞行器模型上进行仿真,仿真结果验证了所提控制方案的有效性。     

气动伺服弹性研究的进展与挑战

飞机、导弹等飞行器的气动伺服弹性(ASE)问题源于空气动力、结构弹性以及控制系统之间的复杂耦合。随着飞行器朝着结构更轻、速度更快、性能更好的目标发展,该问题日益突出,直接影响飞行安全与性能。经过六十余年的研究,国内外在ASE分析、综合与试验方面取得了卓有成效的进展。近十余年来,若干新问题因非常规构型飞行器设计的发展而暴露出来,对ASE研究施加巨大挑战,值得重点分析。鉴于此,讨论了ASE分析中的刚弹耦合、非线性、推力矢量以及系统辨识等问题,对ASE综合中的阵风减缓、颤振主动控制和ASE优化问题加以阐述,强调了ASE试验中需要重视的技术,简要介绍了近十余年国外代表性的ASE试验项目案例,指出了一些ASE研究的新动向,并对国内的ASE研究给出了建议。     

非线性弹性转子-轴承系统稳定裕度数值分析

基于互补群群际能量壁垒准则量化理论,提出了轨迹加速度-位移扩展相平面稳定裕度分析法,从理论分析、数值计算两方面验证了该方法的正确性。建立了采用Capone圆轴承非线性油膜力模型的弹性转子-轴承系统模型,并用数值积分和庞加莱映射方法,得到系统在某些参数域中的分岔图、轴心轨迹图、庞加莱映射图、时间历程图和频谱图,得出分岔失稳速度随质量偏心的变化规律:分岔速度随质量偏心的趋势是先减小后增大,拟合曲线符合三次高斯公式,拟合精度达0.998 2。数值分析结果为该类转子-轴承系统的设计和安全运行提供了理论参考。     

不同流动状态下舵面气动热弹性分析

颤振分析是高超声速飞行器设计中的关键技术之一。本文通过Fluent和ANSYS分别求解流场和结构场,研究了舵面模型在不同流动状态下的颤振问题。结果表明,对于本文模型,气动热使结构模态频率下降和产生热应变;在湍流下,舵面的颤振速度区间相比常温下降26.9%,在层流下,也有13.4%的下降;在相同马赫数不同动压下,动压较低时的舵面颤振位移响应趋于收敛。以上结果可为双楔形翼在高超声速飞行器中的应用提供参考。     

多点集中力下高超进气道弹性变几何研究

针对二元高超声速进气道需在宽马赫数Ma为4.5～6.0的范围内工作的要求,探索了一种在多点集中力作用下进气道曲面压缩面弹性可调的变几何方案.通过数值计算,首先对集中力数目的选取进行了研究,发现3个集中力对型面变形更为有效;然后对在3个集中力作用下产生变形的进气道进行了流固耦合分析,结果表明变形型面的静压分布与理想型面的静压分布基本吻合;对其性能进行分析,结果表明:Ma为6.0设计的进气道,变形后在Ma为4.5,5.0流量系数分别达到0.98和1.00,且出口总压恢复系数与未变形的进气道相比基本保持不变.由此说明,多点集中力下弹性可调的变几何方案是可行的,并有助于提高非设计点下进气道的性能.      

基于耦合伴随方法的串/并行气动结构优化设计对比

采用RANS方程、线性有限元分析手段、映射点局部插值方法和逆距离动网格技术对气动和结构之间的耦合现象进行了分析。然后基于气动结构耦合伴随方法,对气动和结构设计变量梯度进行了高效求解。最后结合自由曲面变形技术、梯度优化方法构建气动结构优化设计框架。选取飞翼布局民用客机开展气动结构串行与并行优化设计研究。在相同阻力水平的前提下,并行优化结果比串行优化获得了8.4%航程收益和8.3%结构质量收益。同时,串行优化设计结果在中翼段上翼面仍然存在明显激波,而并行优化结果呈现光滑的等间距等压线分布特征。因此并行气动结构优化设计方法可以充分挖掘气动结构耦合下的设计潜力,更有利于对大柔性气动结构优化设计问题进行研究。