暂冲式风洞马赫数模糊自适应控制系统研究

论文摘要

风洞试验是飞行器研究工作中不可缺少的组成部分。它在航空和航天工程的研究和发展中起着重要作用,风洞试验性能的好坏,直接影响着飞行器设计的好坏。而风洞整个控制系统的性能直接关系着风洞流场的吹风的质量,所以有必要对整个控制系统进行完善和改进。本文对暂冲式风洞流场控制系统的主要参数马赫数进行深入的分析,在原来的马赫数控制系统上进行了改进。本文以暂冲式风洞为研究对象,分析该风洞的结构原理、控制系统的组成以及工作过程,深入研究了马赫数控制系统。结合国内外研究成果,设计了基于模糊系统的马赫数自适应控制器的整体模型,然后在介绍模糊系统的基础上,详尽的介绍了模型的设计过程、工作过程及其构成。基于模糊系统的马赫数自适应控制器由马赫数辨识器、马赫数解耦器及模糊PID控制器组成。马赫数辨识器是以模糊自适应网络(ANFIS)为基础,通过网络的自学习,实现马赫数在线的实时辨识,减少由于经验公式带来的误差；马赫数补偿解耦器也是以模糊网络为基础工作的。由于马赫数和总压之间的耦合关系,需要对马赫数进行解耦。而该控制器的设计,满足了这一要求,能够在线实时解耦,对输入量进行补偿,达到更好的控制目标；模糊PID控制器以常规PID为基础,加入模糊系统,在线调节PID的三个参数Kp、Ki和Kd,使PID控制器有自学习的能力,减少由于人为给定初值带来的误差。最后,在设计的各个控制器的基础上,对吹风试验数据进行仿真,与实际情况进行对比,分析仿真结果,证明设计的控制器的正确性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 风洞理论介绍
• 1.1.1 风洞概况
• 1.1.2 国内外风洞的现状及发展
• 1.2 风洞控制系统介绍
• 1.2.1 风洞控制系统参数
• 1.2.2 风洞运行参数的控制
• 1.3 论文研究的意义
• 1.4 论文章节安排
• 第2章 暂冲式风洞控制原理及控制方法
• 2.1 暂冲式风洞控制系统概况
• 2.1.1 暂冲式风洞结构原理
• 2.1.2 控制系统组成及功能
• 2.1.3 风洞系统的工作过程
• 2.2 马赫数控制目标及控制方式研究
• 2.2.1 马赫数控制目标
• 2.2.2 马赫数控制中存在的问题
• 2.2.3 马赫数控制方式的研究
• 2.3 马赫数控制系统设计方案
• 2.3.1 马赫数实验数据的分析
• 2.3.2 马赫数控制系统整体方案的设计
• 第3章 马赫数试验数据的分析与处理
• 3.1 定开度马赫数控制
• 3.2 开度不定马赫数控制
• 3.2.1 调压阀阀门开度的调节量
• 3.2.2 实际PID控制系统中各参数的变化
• 3.2.3 气源引射压力补偿
• 第4章 基于模糊系统马赫数辨识器设计
• 4.1 系统辨识原理
• 4.1.1 最小二乘系统辨识原理
• 4.1.2 模糊系统辨识原理
• 4.2 基于T-S模型的模糊自适应网路设计
• 4.2.1 T-S模型介绍
• 4.2.2 基于T-S模型的模糊自适应网络
• 4.3 基于T-S模型的风洞马赫数辨识器的设计
• 4.3.1 暂冲式风洞马赫数系统分析
• 4.3.2 暂冲式风洞辨识器的工作过程
• 4.4 仿真实现及结果分析
• 4.4.1 仿真初始数据的给定
• 4.4.2 仿真结果分析
• 4.4.3 辨识模型的最终确定
• 第5章 马赫数补偿解耦控制器设计
• 5.1 解耦控制原理
• 5.1.1 解耦的必要性
• 5.1.2 解耦的原理
• 5.2 暂冲式风洞流场耦合特性及其分析
• 5.2.1 风洞流场的耦合特性分析
• 5.2.2 风洞耦合系统控制回路的选取
• 5.3 模糊自适应网络解耦器的设计
• 5.3.1 解耦器的总体设计
• 5.3.2 模糊解耦网络的设计
• 5.4 马赫数—总压模糊自适应网络解耦仿真
• 5.4.1 模糊解耦器的仿真过程
• 5.4.2 仿真初始参数给定
• 5.4.3 仿真结果及其分析
• 第6章 风洞马赫数自适应控制器设计
• 6.1 基于模糊系统的马赫数自适应控制系统
• 6.2 模糊自适应PID控制器设计
• 6.2.1 模糊自适应PID控制器原理
• 6.2.2 控制器总体结构的设计
• 6.3 系统仿真与分析
• 6.3.1 仿真初始值的给定
• 6.3.2 系统仿真
• 第7章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢