非线性机翼气动弹性颤振的主动控制研究

发布时间：2017-09-04 23:43

  本文关键词：非线性机翼气动弹性颤振的主动控制研究

  更多相关文章： 机翼 颤振 主动控制 反演 自适应 super-twisting 浸入与不变

【摘要】：气动弹性的颤振问题广泛存在于航空航天、土木结构及风力发电等工程领域。随着飞行器重量及刚度的不断减小和飞行速度的不断提高,飞行器气动弹性颤振问题日渐突出,机翼的主动颤振控制成为飞行器优化控制的研究热点。本文基于非线性动力学理论和现代控制理论,对非线性二元机翼在颤振分析、主动控制方法等方面进行了研究,论文的主要工作与学术贡献加下:在定常气动力条件下对非线性二元机翼进行颤振分析。基于拉格朗日方程建立了机翼颤振系统动力学模型,分析了系统的颤振特性,给出了影响颤振速度的各个不同因素,利用描述函数线性化方法、Routh-Hurwitz判据和Hopf分岔定理得到临界颤振速度和系统的稳定性。以带双控面的非线性二元机翼为研究对象,提出一种积分反演滑模主动控制方法,设计了气动弹性机翼的反演滑模控制系统,实现了浮沉自由度和俯仰自由度的稳定跟踪控制,并基于李雅普诺夫理论进行了系统稳定性分析。仿真结果表明:所设计的控制系统能有效消除机翼气动弹性系统的颤振,实现了期望状态的稳定跟踪且削弱了传统滑模的抖振。针对非线性机翼外部扰动不确定问题,对以上反演滑模控制方法作出改进,提出一种基于系统浸入与流形不变(II)的自适应反演滑模控制方法,基于II设计了整体自适应律,结合super-twisting二阶滑模设计了气动弹性机翼的自适应滑模控制系统,消除了未知外部扰动对系统的影响。仿真结果表明:基于II对扰动估计的准确性,翼段浮沉位移和俯仰角输出的稳定性得到提高,同时设计的控制器加快了系统状态的收敛,保证了系统的稳定性和自适应性。
【关键词】：机翼 颤振 主动控制 反演 自适应 super-twisting 浸入与不变
【学位授予单位】：江苏科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V211.41
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-12
• 第1章 绪论12-22
• 1.1 研究背景及意义12-13
• 1.2 气动弹性颤振及其控制技术概述13-16
• 1.2.1 气动弹性力学14-15
• 1.2.2 机翼颤振问题15
• 1.2.3 颤振控制技术15-16
• 1.3 气动弹性颤振国内外研究现状16-19
• 1.3.1 非线性颤振16-17
• 1.3.2 颤振主动控制17-19
• 1.4 本文主要研究内容19-22
• 第2章 二元机翼气动弹性分析22-29
• 2.1 非定常气动力学22-26
• 2.1.1 Wagner和Theodorsen函数22-24
• 2.1.2 气动升力、力矩及其导数24-25
• 2.1.3 气动阻尼和刚度25-26
• 2.2 二元机翼气动弹性特性分析26-28
• 2.2.1 机翼模型描述26
• 2.2.2 刚性机翼气弹特性分析26-28
• 2.3 本章小结28-29
• 第3章 二元机翼气动弹性颤振分析29-50
• 3.1 颤振的基本概念和机理29-34
• 3.1.1 颤振基本概念29-30
• 3.1.2 颤振临界速度30
• 3.1.3 影响颤振速度的因素30-31
• 3.1.4 颤振速度与频率的计算31-34
• 3.2 描述函数法34-36
• 3.3 二元机翼系统颤振特性分析36-42
• 3.3.1 二元机翼模型36-37
• 3.3.2 机翼颤振特性分析37-39
• 3.3.3 Hopf分岔定理39-41
• 3.3.4 颤振的稳定性分析41-42
• 3.4 实例分析42-48
• 3.5 本章小结48-50
• 第4章 二元机翼的反演滑模控制50-65
• 4.1 二元机翼气动弹性系统建模50-52
• 4.2 控制方法描述52-56
• 4.2.1 滑模控制53-54
• 4.2.2 反演控制54-55
• 4.2.3 Super-Twisting控制55-56
• 4.3 反演滑模控制器设计56-60
• 4.3.1 控制器设计56-59
• 4.3.2 稳定性分析59-60
• 4.4 仿真分析60-63
• 4.5 结论63-65
• 第5章 基于浸入与不变的二元机翼反演滑模控制65-78
• 5.1 系统浸入与流形不变65-67
• 5.2 系统模型67-68
• 5.3 基于浸入与不变的自适应反演滑模控制68-72
• 5.3.1 控制系统整体结构68-69
• 5.3.2 控制器设计69-71
• 5.3.3 稳定性分析71-72
• 5.4 仿真分析72-76
• 5.5 结论76-78
• 总结与展望78-81
• 参考文献81-87
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务和主要成果87-88
• 致谢88

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本文编号：794560