低温风洞自抗扰控制研究

低温风洞总温、总压和马赫数三者之间具有强耦合,流场容易受到干扰,并且流场的精确数学模型难以获得,这些给高性能的流场控制器的设计带来了困难。自抗扰控制具有不依赖被控对象精确模型、抗干扰能力强、算法简单便于工程应用等优点。为此,本文基于自抗扰控制原理设计了低温风洞流场控制策略。采用自抗扰控制,将总温、总压和马赫数三个通道之间的耦合、流场建模误差、系统的参数摄动和外界干扰等视为总干扰,通过扩张状态观测器将总干扰估算出来并进行前馈补偿,一方面实现总温、总压和马赫数的解耦控制,另一方面提高流场的抗干扰能力。研究以NASA 0.3m TCT风洞为对象,在Matlab/Simulink平台上搭建该风洞流场自抗扰控制模型,并进行了仿真分析。结果表明:自抗扰控制能够很好地实现总温、总压和马赫数的解耦控制,在系统参数具有较大摄动的情况下仍然能够保持良好的控制性能,表现出了良好的抗干扰能力。     

2.4m跨声速风洞流场预测自抗扰控制

针对2.4 m跨声速风洞总压和马赫数控制具有强耦合、时滞、系统参数摄动和外界干扰不确定性等特点，设计了预测自抗扰控制。采用自抗扰控制（ADRC），将总压和马赫数两个通道之间的耦合、流场建模误差、系统的参数摄动和外界干扰等视为总干扰，通过扩张状态观测器（ESO）将总干扰估算出来并进行前馈补偿，一方面可以实现总压和马赫数的解耦控制，另一方面提高了流场的抗干扰能力。同时使用Smith预估器得到系统无时延输出并将其反馈至扩张状态观测器，加快其收敛速度，从而提高控制系统的性能。仿真结果表明，该控制器能够很好地实现总压和马赫数的解耦，并且具有良好的动态特性、抗干扰能力和鲁棒性。