基于H_∞的飞机垂直尾翼模型振动主动控制

论文摘要

抖振是高性能飞行器的一种常见的气动现象。飞机垂直尾翼的严重抖振会降低垂尾结构的疲劳寿命,影响飞行器的飞行性能,甚至危及飞行安全。因此垂尾振动控制对延长垂尾疲劳寿命,增加飞行安全性有重要意义。本文首先介绍了高性能飞行器垂尾抖振国内外研究概况;然后以某型战斗机1/2垂尾模型为研究对象,压电材料为传感器和驱动器,组建了垂尾压电结构振动主动控制平台,并运用系统辨识方法对垂尾压电结构振动主动控制系统建模;接着分析了H_∞控制理论在模型不确定的情况下保持干扰抑制性能的应用方法;设计了两个基于H_∞控制算法的鲁棒控制器,一个用于抑制单频外扰,一个用于抑制窄带随机外扰;对所设计的鲁棒控制器进行降阶处理,并分析对比降阶前后控制器的频率特性和动态响应特性;在SIMULINK中搭建了振动控制仿真系统,仿真验证了控制系统的鲁棒稳定性和鲁棒性能;最后进行垂尾振动主动控制实验研究,实验结果表明H_∞控制理论应用于垂尾振动控制的可行性和有效性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的研究背景和研究概况
• 1.2 振动主动控制的研究概况
• ∞鲁棒控制的研究概况和特点'>1.3 H_∞鲁棒控制的研究概况和特点
• 1.4 本文的主要内容
• 第二章 垂直尾翼结构模型的控制系统建模
• 2.1 系统辨识概述
• 2.2 系统辨识的内容和步骤
• 2.3 常用的几种模型结构
• 2.4 最小二乘辨识法的基本原理
• 2.5 垂尾结构控制系统建模
• 2.5.1 实验装置
• 2.5.2 系统输入及响应数据处理
• 2.5.3 ARX 模型阶次选择和参数辨识
• 2.5.4 模型的验证
• 2.6 本章小结
• ∞鲁棒控制理论'>第三章 H_∞鲁棒控制理论
• 3.1 鲁棒性概念
• ∞控制理论的实质'>3.2 H_∞控制理论的实质
• ∞控制理论'>3.3 H_∞控制理论
• 3.3.1 小增益定理
• ∞的标准控制问题'>3.3.2 H_∞的标准控制问题
• ∞标准控制问题'>3.3.3 典型控制问题转化为H_∞标准控制问题
• ∞控制问题的求解'>3.4 标准的H_∞控制问题的求解
• 3.5 本章小结
• ∞控制器设计研究'>第四章 鲁棒H_∞控制器设计研究
• 4.1 混合灵敏度问题
• 4.1.1 混合灵敏度的基本概念
• 4.1.2 混合灵敏度设计以及加权函数的选取
• 4.1.3 混合灵敏度控制器设计的一般步骤
• ∞控制器设计'>4.2 鲁棒H_∞控制器设计
• 4.2.1 垂尾结构振动控制问题的转化
• 4.2.2 控制器设计
• 4.3 控制器降阶
• 4.3.1 基于Gram 矩阵的均衡降阶方法
• 4.3.2 最小实现
• 4.3.3 控制器降阶前后对比
• 4.4 控制器仿真
• 4.4.1 单频外扰控制仿真
• 4.4.2 窄带随机外扰控制仿真
• 4.5 本章小结
• 第五章 垂尾结构振动主动控制实验研究
• ∞控制实验平台简介'>5.1 垂尾振动H_∞控制实验平台简介
• ∞ 控制系统软件设计'>5.2 垂尾振动H_∞控制系统软件设计
• 5.3 控制实验及结果分析
• 5.3.1 单频控制实验
• 5.3.2 窄带控制实验
• 5.4 本章小结
• 第六章 全文总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 研究工作展望
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 参考文献
• 附录