机翼气动弹性系统响应的滑模控制方法研究
发布时间：2023-01-08 18:13
在飞行器结构动力学设计中,设计者通常选择增加结构刚度来避免气动弹性问题,但会导致结构重量增加,影响了飞行器的总体性能。主动气动弹性机翼（AAW）技术的出现为飞行器的设计带来了新的设计理念。它通过现代控制技术驱动控制面偏转,主动改变机翼表面的气动载荷分布,从而改变系统的稳定性。主动气动弹性机翼技术能够使飞行器在减小机翼结构重量、减小气动阻尼、扩大飞行包线等方面获得收益,将成为未来航空技术中的一项关键技术。主动气动弹性机翼技术是一项由多学科、多领域交叉与融合而形成的综合技术,涉及到空气动力学、结构力学、振动力学、非线性动力学、系统辨识、最优化、现代控制理论、人工智能等相关学科。显然气动力建模和预测与控制技术是其中尤为重要的两项技术。气动力的准确与否直接关系到系统模型的精确性,关于气动力的建模与预测在过去几十年得到了长足的发展,取得了丰硕的研究成果;控制系统不仅要处理高度非线性的甚至欠驱动的机翼气动弹性模型,还应具有应对建模不确定性、存在外界未知干扰、状态不可测（传感器失效）的情况下保持系统稳定的能力。虽然控制技术在主动气动弹性领域有了很多进展,并且气动弹性主动控制律的设计也成为了当前研究热...
【文章页数】：142 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
abstract
主要符号对照表
第一章 绪论
1.1 研究背景和意义
1.2 气动弹性响应与主动控制方法研究现状与总结
1.2.1 气动弹性响应研究现状
1.2.2 气动弹性主动控制方法研究现状
1.2.3 滑模控制方法研究现状
1.2.4 现状简要分析及总结
1.3 本课题的研究思路与研究内容
1.3.1 研究思路
1.3.2 研究内容
第二章 考虑不确定性干扰的低维非线性系统响应与自适应模糊滑模控制器设计方法
2.1 引言
2.2 随机Duffing系统的数学模型
2.2.1 Lévy噪声的数学描述
2.2.2 Lévy噪声干扰下的Duffing系统
2.3 Lévy噪声诱导的混沌和分叉行为
2.3.1 Lévy参数敏感性研究
2.3.2 Lévy噪声诱导的混沌行为
2.3.3 不同A条件下的分叉行为
2.4 自适应模糊滑模控制器设计和分析
2.4.1 It(?)-Lévy分解
2.4.2 滑模面的设计
2.4.3 模糊系统的设计
2.4.4 自适应滑模控制律设计
2.5 仿真验证
2.6 本章小结
第三章 高维非线性准定常机翼颤振的滑模控制器设计方法
3.1 引言
3.2 典型翼面的气弹模型
3.3 滑模控制策略
3.3.1 控制律设计
3.3.2 可达性分析
3.3.3 稳定性分析与辅助状态反馈矩阵设计
3.4 数值仿真和比较研究
3.5 本章小结
第四章 确定性干扰下的高维准定常机翼颤振的滑模观测器-控制器设计方法
4.1 引言
4.2 考虑突风干扰的气弹模型
4.2.1 突风模型
4.2.2 气弹模型
4.3 滑模观测器-控制器设计和分析
4.3.1 滑模观测器和控制律设计
4.3.2 滑模面的可达性分析
4.3.3 稳定性分析
4.4 数值仿真和比较研究
4.4.1 控制器设计方法比较
4.4.2 观测器-控制器设计方法比较
4.5 本章小结
第五章 不确定性干扰下的高维非线性机翼颤振的神经网络观测器-滑模控制器设计方法
5.1 引言
5.2 非定常气弹模型和控制问题
5.2.1 带尾缘控制面的气弹系统数学模型
5.2.2 状态空间形式
5.3 自适应RBF神经网络观测器-滑模控制器设计和分析
5.3.1 自适应RBF神经网络观测器设计
5.3.2 滑模控制律设计
5.3.3 可达性分析
5.3.4 稳定性分析与辅助状态反馈矩阵设计
5.4 数值仿真和比较研究
5.4.1 控制策略的实施
5.4.2 方法比较
5.5 本章小结
第六章 具有输出时滞和建模不确定性的高维非定常机翼颤振的滑模控制器设计方法
6.1 引言
6.2 气弹模型
6.3 基于观测器的滑模控制器设计与分析
6.3.1 滑模面和控制律的设计
6.3.2 滑模面的可达性分析
6.3.3 稳定性分析
6.4 数值仿真
6.5 本章小结
第七章 总结与展望
7.1 工作总结与创新点
7.1.1 工作总结
7.1.2 创新点
7.2 工作展望
参考文献
致谢
攻读学位期间发表的学术论文
攻读学位期间参与的项目
【参考文献】：
期刊论文
[1]周期激励下NACA 0012翼型单自由度失速颤振研究[J]. 阮胤,邱展,王福新. 浙江大学学报(工学版). 2017(09)
[2]Bifurcation and dynamic response analysis of rotating blade excited by upstream vortices[J]. Dan WANG,Yushu CHEN,M.WIERCIGROCH,Qingjie CAO. Applied Mathematics and Mechanics（English Edition）. 2016(09)
[3]Bifurcation analysis for vibrations of a turbine blade excited by air flows[J]. WANG Dan,CHEN YuShu,HAO ZhiFeng,CAO QingJie. Science China（Technological Sciences）. 2016(08)
[4]超音速飞行器机翼颤振的时滞反馈控制[J]. 齐欢欢,徐鉴,方明霞. 应用数学和力学. 2016(02)
[5]飞机结构气动弹性分析与控制研究[J]. 胡海岩,赵永辉,黄锐. 力学学报. 2016(01)
[6]Numerical study on the correlation of transonic single-degree-of-freedom flutter and buffet[J]. GAO ChuanQiang,ZHANG WeiWei,LIU YiLang,YE ZhengYin,JIANG YueWen. Science China（Physics,Mechanics ＆ Astronomy）. 2015(08)
[7]基于模糊自适应的高超声速机翼颤振的主动控制[J]. 常勇,王玉惠,卢广山,姜长生. 振动.测试与诊断. 2014(05)
[8]二元机翼/外挂系统的颤振鲁棒抑制[J]. 钱文敏,赵永辉,胡海岩. 中国科学:物理学 力学 天文学. 2013(04)
[9]含间隙超音速二元弹翼非线性颤振与主动控制[J]. 贾尚帅,丁千. 中国科学:物理学 力学 天文学. 2013(04)
[10]高超声速机翼颤振的LQR主动控制系统设计[J]. 王璐,王玉惠,吴庆宪,姜长生. 噪声与振动控制. 2013(02)
硕士论文
[1]含结构非线性和时滞的二元翼段颤振主动抑制研究[D]. 吴侃.南京航空航天大学 2016
[2]弹性飞机突风载荷自适应前馈控制[D]. 高文涛.南京航空航天大学 2015
[3]含时滞和间隙非线性的二元翼段颤振主动控制问题研究[D]. 潘庆全.南京航空航天大学 2015
[4]含时滞反馈的二维翼段颤振主动抑制系统动力学分析[D]. 韩晓斌.南京航空航天大学 2014
[5]柔性飞机突风响应与载荷减缓研究[D]. 刘澄澄.南京航空航天大学 2014
[6]柔性机翼颤振主动抑制研究[D]. 司益坡.南京航空航天大学 2012
[7]柔性机翼气动弹性建模及颤振主动抑制[D]. 李欣宇.南京航空航天大学 2012
[8]二元可变后缘机翼颤振分析与主动控制[D]. 栗帅.南京航空航天大学 2009
[9]气动弹性系统的时滞反馈控制[D]. 李栋梁.南京航空航天大学 2008
本文编号：3728950
【文章页数】：142 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
abstract
主要符号对照表
第一章 绪论
1.1 研究背景和意义
1.2 气动弹性响应与主动控制方法研究现状与总结
1.2.1 气动弹性响应研究现状
1.2.2 气动弹性主动控制方法研究现状
1.2.3 滑模控制方法研究现状
1.2.4 现状简要分析及总结
1.3 本课题的研究思路与研究内容
1.3.1 研究思路
1.3.2 研究内容
第二章 考虑不确定性干扰的低维非线性系统响应与自适应模糊滑模控制器设计方法
2.1 引言
2.2 随机Duffing系统的数学模型
2.2.1 Lévy噪声的数学描述
2.2.2 Lévy噪声干扰下的Duffing系统
2.3 Lévy噪声诱导的混沌和分叉行为
2.3.1 Lévy参数敏感性研究
2.3.2 Lévy噪声诱导的混沌行为
2.3.3 不同A条件下的分叉行为
2.4 自适应模糊滑模控制器设计和分析
2.4.1 It(?)-Lévy分解
2.4.2 滑模面的设计
2.4.3 模糊系统的设计
2.4.4 自适应滑模控制律设计
2.5 仿真验证
2.6 本章小结
第三章 高维非线性准定常机翼颤振的滑模控制器设计方法
3.1 引言
3.2 典型翼面的气弹模型
3.3 滑模控制策略
3.3.1 控制律设计
3.3.2 可达性分析
3.3.3 稳定性分析与辅助状态反馈矩阵设计
3.4 数值仿真和比较研究
3.5 本章小结
第四章 确定性干扰下的高维准定常机翼颤振的滑模观测器-控制器设计方法
4.1 引言
4.2 考虑突风干扰的气弹模型
4.2.1 突风模型
4.2.2 气弹模型
4.3 滑模观测器-控制器设计和分析
4.3.1 滑模观测器和控制律设计
4.3.2 滑模面的可达性分析
4.3.3 稳定性分析
4.4 数值仿真和比较研究
4.4.1 控制器设计方法比较
4.4.2 观测器-控制器设计方法比较
4.5 本章小结
第五章 不确定性干扰下的高维非线性机翼颤振的神经网络观测器-滑模控制器设计方法
5.1 引言
5.2 非定常气弹模型和控制问题
5.2.1 带尾缘控制面的气弹系统数学模型
5.2.2 状态空间形式
5.3 自适应RBF神经网络观测器-滑模控制器设计和分析
5.3.1 自适应RBF神经网络观测器设计
5.3.2 滑模控制律设计
5.3.3 可达性分析
5.3.4 稳定性分析与辅助状态反馈矩阵设计
5.4 数值仿真和比较研究
5.4.1 控制策略的实施
5.4.2 方法比较
5.5 本章小结
第六章 具有输出时滞和建模不确定性的高维非定常机翼颤振的滑模控制器设计方法
6.1 引言
6.2 气弹模型
6.3 基于观测器的滑模控制器设计与分析
6.3.1 滑模面和控制律的设计
6.3.2 滑模面的可达性分析
6.3.3 稳定性分析
6.4 数值仿真
6.5 本章小结
第七章 总结与展望
7.1 工作总结与创新点
7.1.1 工作总结
7.1.2 创新点
7.2 工作展望
参考文献
致谢
攻读学位期间发表的学术论文
攻读学位期间参与的项目
【参考文献】：
期刊论文
[1]周期激励下NACA 0012翼型单自由度失速颤振研究[J]. 阮胤,邱展,王福新. 浙江大学学报(工学版). 2017(09)
[2]Bifurcation and dynamic response analysis of rotating blade excited by upstream vortices[J]. Dan WANG,Yushu CHEN,M.WIERCIGROCH,Qingjie CAO. Applied Mathematics and Mechanics（English Edition）. 2016(09)
[3]Bifurcation analysis for vibrations of a turbine blade excited by air flows[J]. WANG Dan,CHEN YuShu,HAO ZhiFeng,CAO QingJie. Science China（Technological Sciences）. 2016(08)
[4]超音速飞行器机翼颤振的时滞反馈控制[J]. 齐欢欢,徐鉴,方明霞. 应用数学和力学. 2016(02)
[5]飞机结构气动弹性分析与控制研究[J]. 胡海岩,赵永辉,黄锐. 力学学报. 2016(01)
[6]Numerical study on the correlation of transonic single-degree-of-freedom flutter and buffet[J]. GAO ChuanQiang,ZHANG WeiWei,LIU YiLang,YE ZhengYin,JIANG YueWen. Science China（Physics,Mechanics ＆ Astronomy）. 2015(08)
[7]基于模糊自适应的高超声速机翼颤振的主动控制[J]. 常勇,王玉惠,卢广山,姜长生. 振动.测试与诊断. 2014(05)
[8]二元机翼/外挂系统的颤振鲁棒抑制[J]. 钱文敏,赵永辉,胡海岩. 中国科学:物理学 力学 天文学. 2013(04)
[9]含间隙超音速二元弹翼非线性颤振与主动控制[J]. 贾尚帅,丁千. 中国科学:物理学 力学 天文学. 2013(04)
[10]高超声速机翼颤振的LQR主动控制系统设计[J]. 王璐,王玉惠,吴庆宪,姜长生. 噪声与振动控制. 2013(02)
硕士论文
[1]含结构非线性和时滞的二元翼段颤振主动抑制研究[D]. 吴侃.南京航空航天大学 2016
[2]弹性飞机突风载荷自适应前馈控制[D]. 高文涛.南京航空航天大学 2015
[3]含时滞和间隙非线性的二元翼段颤振主动控制问题研究[D]. 潘庆全.南京航空航天大学 2015
[4]含时滞反馈的二维翼段颤振主动抑制系统动力学分析[D]. 韩晓斌.南京航空航天大学 2014
[5]柔性飞机突风响应与载荷减缓研究[D]. 刘澄澄.南京航空航天大学 2014
[6]柔性机翼颤振主动抑制研究[D]. 司益坡.南京航空航天大学 2012
[7]柔性机翼气动弹性建模及颤振主动抑制[D]. 李欣宇.南京航空航天大学 2012
[8]二元可变后缘机翼颤振分析与主动控制[D]. 栗帅.南京航空航天大学 2009
[9]气动弹性系统的时滞反馈控制[D]. 李栋梁.南京航空航天大学 2008
本文编号：3728950
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/hangkongsky/3728950.html
