气动弹性系统的时滞反馈控制

论文摘要

颤振主动控制是目前抑制机翼颤振的主流方法。传统的反馈控制模型是不考虑时滞的,然而时滞在受控系统中是客观存在的,它会降低系统性能,甚至造成闭环系统的失稳。颤振抑制中的时滞稳定性问题是目前气动弹性领域中的新兴研究课题,值得深入研究。本文以二元机翼和多操纵面大展弦比机翼为研究对象,对单时滞和多时滞受控气动弹性系统的稳定性进行了分析,并设计了相应的颤振控制律。首先,采用准定常气动力模型,利用广义Sturm判别法对受控单自由度气动弹性系统的全时滞稳定性进行了分析,得到了系统的全时滞稳定区域。其次,对二自由度二元机翼在单时滞和双时滞反馈下的时滞稳定性进行了分析,利用二次特征法得到了双时滞受控气动弹性系统的临界时滞曲线,并讨论了时滞对系统稳定性的影响。再次,采用翼段任意运动气动力模型,建立了带有控制面的二元机翼的气动弹性方程。利用离散时间最优控制理论设计了时滞气动弹性系统的离散时间最优控制律,并仿真验证控制律的效果。最后,利用有限单元法建立了多操纵面大展弦比机翼的结构动力学模型,利用偶极子网格法建立了多操纵面大展弦比机翼的非定常气动力模型,采用最小状态近似法,得到了系统的气动弹性方程。计算了由多操纵面引起的气动力分布规律。将控制系统中的时滞用二阶Pade来近似。利用H∞控制理论设计了考虑时滞因素在内的抑制颤振的控制律。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本文的研究内容和章节安排
• 第二章 气动弹性系统的全时滞稳定性
• 2.1 引言
• 2.2 广义 Sturm 判别法
• 2.2.1 经典Sturm 判别法
• 2.2.2 判别式序列
• 2.2.3 广义Sturm 判别法
• 2.3 时滞动力系统的全时滞稳定性
• 2.4 应用
• 2.4.1 受控二元机翼系统的全时滞稳定性
• 第三章 气动弹性系统的单时滞和多时滞稳定性
• 3.1 概述
• 3.2 两自由度二元机翼的气动弹性方程
• 3.3 全时滞稳定性分析
• 3.4 稳定性切换
• 3.5 多时滞气动弹性系统临界时滞的计算
• 3.5.1 二次特征值法
• 3.5.2 数值仿真
• 3.6 本章小结
• 第四章 离散时间时滞气动弹性系统的最优输出反馈控制
• 4.1 概述
• 4.2 二元机翼的气动弹性方程
• 4.2.1 结构模型
• 4.2.2 机翼任意运动的空气动力模型
• 4.3 离散时间系统最优控制律设计
• 4.3.1 主动受控系统
• 4.3.2 离散时间系统
• 4.3.3 最优输出反馈时滞控制增益
• 4.4 数值仿真
• 第五章 多操纵面大展弦比机翼的颤振主动抑制
• 5.1 引言
• 5.2 多操纵面机翼的结构有限单元建模
• 5.2.1 结构的位移
• 5.2.2 有限单元分析
• 5.3 多操纵面机翼的空气动力建模
• 5.4 气动弹性系统的状态方程
• 5.5 控制律设计
• 5.5.1 时滞分析
• 5.5.2 控制器设计
• 5.6 数值结果
• 5.6.1 控制面偏转产生的气动力
• 5.6.2 开环稳定性分析
• 5.6.3 机翼颤振的H∞控制
• 5.7 本章小结
• 第六章 总结和展望
• 6.1 本文的主要工作
• 6.2 工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间发表的学术论文