本文關(guān)鍵詞：垂尾抖振的壓電主動控制方法研究

  更多相關(guān)文章： 垂尾抖振 MFC壓電作動器 布局優(yōu)化 LQG控制 魯棒μ控制

【摘要】：雙垂尾高性能戰(zhàn)斗機,在大攻角飛行時,極易發(fā)生垂尾抖振。垂尾抖振會嚴(yán)重限制飛機的飛行性能,降低垂尾結(jié)構(gòu)的疲勞壽命,增加飛機的維護費用。使用主動控制的方法抑制垂尾抖振,是垂尾抖振控制的一個新途徑。壓電作動器是一種智能作動器,具有附加質(zhì)量小的優(yōu)點,尤其適用于對重量嚴(yán)格控制的飛機設(shè)計領(lǐng)域,本文研究了宏纖維復(fù)合材料(MFC)壓電作動器垂尾抖振主動控制的方法,分別建立了以加速度和動態(tài)應(yīng)變?yōu)榉答伒亩噍斎攵噍敵?MIMO)垂尾抖振控制系統(tǒng),取得了良好的抖振控制效果。采用MFC這一新型壓電作動器,根據(jù)輸出可控性理論,提出一種考慮剩余模態(tài)影響的作動器布局優(yōu)化準(zhǔn)則,研究了垂尾抖振壓電主動控制中壓電作動器的布局優(yōu)化問題。根據(jù)壓電驅(qū)動載荷等效原理和有限元理論,建立了帶MFC壓電作動器垂尾結(jié)構(gòu)的動力學(xué)模型,使用遺傳算法對壓電作動器形心位置和布局方向角進(jìn)行優(yōu)化,得到了針對垂尾結(jié)構(gòu)前五階模態(tài)(前三階為控制模態(tài),第四、五階為剩余模態(tài))進(jìn)行控制的最優(yōu)MFC壓電作動器布局。為了提高建模的準(zhǔn)確性,使用子空間辨識實驗建模的方法,建立了垂尾抖振控制系統(tǒng)模型。通過設(shè)計系統(tǒng)辨識實驗,得到有效的MIMO系統(tǒng)辨識所需的輸入輸出數(shù)據(jù),采用子空間辨識算法獲得加速度反饋和動態(tài)應(yīng)變反饋的狀態(tài)空間開環(huán)系統(tǒng)模型,并通過模型吻合度、時域輸出信號和頻率響應(yīng)的對比,驗證了這兩種辨識模型的準(zhǔn)確性。分別設(shè)計了不考慮系統(tǒng)不確定性的線性二次型高斯(LQG)控制器,以及考慮風(fēng)速引起的參數(shù)不確定性和未建模動態(tài)特性所造成的加性不確定性的魯棒?控制器。在LQG控制器設(shè)計時,使用最優(yōu)Hankel范數(shù)近似方法,對被控模型進(jìn)行降階。在魯棒控制器設(shè)計時,使用最優(yōu)Hankel范數(shù)近似方法,對控制器進(jìn)行降階,并分別進(jìn)行了采用這兩種控制方法的控制器設(shè)計與實現(xiàn)。抖振控制系統(tǒng)數(shù)值仿真表明,本文設(shè)計的兩種控制器都能夠降低垂尾的抖振響應(yīng)。建立了垂尾抖振的壓電主動控制模型實驗系統(tǒng),通過垂尾抖振控制的地面和風(fēng)洞實驗,驗證了抖振控制系統(tǒng)的有效性。實驗結(jié)果表明:加速度反饋和動態(tài)應(yīng)變反饋控制系統(tǒng)都能顯著控制垂尾的抖振響應(yīng);其中LQG控制只能夠控制系統(tǒng)不確定較小狀態(tài)時垂尾的抖振響應(yīng),而魯棒控制則能有效控制所有狀態(tài)的垂尾抖振響應(yīng)。
【關(guān)鍵詞】：垂尾抖振 MFC壓電作動器 布局優(yōu)化 LQG控制 魯棒μ控制
【學(xué)位授予單位】：西北工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：V271.41
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 第一章 緒論9-19
• 1.1 研究背景9-12
• 1.2 結(jié)構(gòu)振動主動控制12-16
• 1.2.1 壓電作動器12-13
• 1.2.2 壓電作動器的布局優(yōu)化13-14
• 1.2.3 振動主動控制方法14-16
• 1.3 本文的主要內(nèi)容16-19
• 第二章 壓電作動器布局優(yōu)化19-31
• 2.1 引言19
• 2.2 MFC壓電智能結(jié)構(gòu)建模19-22
• 2.3 壓電作動器優(yōu)化準(zhǔn)則22-25
• 2.3.1 模態(tài)可控性與模態(tài)價值理論22-24
• 2.3.2 優(yōu)化準(zhǔn)則24-25
• 2.4 垂尾抖振控制的壓電作動器布局優(yōu)化25-30
• 2.4.1 垂尾模型與MFC壓電作動器25-27
• 2.4.2 MFC壓電作動器的布局優(yōu)化27-30
• 2.5 本章小結(jié)30-31
• 第三章 垂尾抖振控制系統(tǒng)的子空間辨識建模31-49
• 3.1 引言31-32
• 3.2 子空間辨識算法32-40
• 3.2.1 預(yù)備知識32-34
• 3.2.2 線性系統(tǒng)狀態(tài)空間描述34-35
• 3.2.3 子空間辨識算法流程35-40
• 3.3 垂尾抖振控制系統(tǒng)辨識40-48
• 3.3.1 系統(tǒng)辨識實驗設(shè)計40-42
• 3.3.2 系統(tǒng)輸入輸出數(shù)據(jù)的預(yù)處理42-44
• 3.3.3 模型階次確定與子空間辨識44-45
• 3.3.4 辨識模型評價45-48
• 3.4 本章小結(jié)48-49
• 第四章 垂尾抖振的線性二次型高斯控制49-63
• 4.1 線性二次型高斯問題49
• 4.2 線性二次型高斯控制49-51
• 4.2.1 最優(yōu)狀態(tài)反饋50
• 4.2.2 卡爾曼濾波器50-51
• 4.3 基于最優(yōu)Hankel范數(shù)近似的模型降階51-54
• 4.4 垂尾抖振的線性二次型高斯控制與仿真54-61
• 4.4.1 被控系統(tǒng)模型降階54-57
• 4.4.2 線性二次型高斯控制器計算57
• 4.4.3 控制器分析與仿真57-61
• 4.5 本章小結(jié)61-63
• 第五章 垂尾抖振的 μ 綜合魯棒控制63-83
• 5.1 引言63
• 5.2 系統(tǒng)的不確定性描述63-66
• 5.2.1 參數(shù)不確定性63-64
• 5.2.2 加性不確定性64-65
• 5.2.3 線性分式變換65-66
• 5.3 結(jié)構(gòu)奇異值 μ 理論66-70
• 5.3.1 結(jié)構(gòu)奇異值 μ 的定義66-67
• 5.3.2 魯棒穩(wěn)定性和魯棒性能的 μ 分析67-69
• 5.3.3 μ 綜合69-70
• 5.4 垂尾抖振控制系統(tǒng)的 μ 控制器設(shè)計70-82
• 5.4.1 抖振控制系統(tǒng)的 μ 控制轉(zhuǎn)化70-71
• 5.4.2 抖振控制的開環(huán)不確定系統(tǒng)建模71-75
• 5.4.3 控制器求解與降階75
• 5.4.4 控制器分析與仿真75-82
• 5.5 本章小結(jié)82-83
• 第六章 垂尾抖振控制實驗83-97
• 6.1 垂尾抖振控制實驗系統(tǒng)83-85
• 6.1.1 實驗?zāi)Ｐ?/span>83-84
• 6.1.2 垂尾抖振控制實驗原理84-85
• 6.2 垂尾抖振控制系統(tǒng)的地面實驗85-87
• 6.2.1 多輸入多輸出加速度反饋控制85-86
• 6.2.2 多輸入多輸出動態(tài)應(yīng)變反饋控制86-87
• 6.3 垂尾抖振控制風(fēng)洞實驗87-96
• 6.3.1 多輸入多輸出加速度反饋控制88-92
• 6.3.2 多輸入多輸出動態(tài)應(yīng)變反饋控制92-96
• 6.4 本章小結(jié)96-97
• 第七章 總結(jié)與展望97-101
• 7.1 工作總結(jié)97-98
• 7.2 主要創(chuàng)新點98
• 7.3 工作展望98-101
• 參考文獻(xiàn)101-109
• 致謝109-110
• 攻讀碩士學(xué)位期間主要發(fā)表論文110-111

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