【摘 要】
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风洞是研究空气动力学规律、航空航天飞行器及其它物体气动特性的重要地面模拟平台。风洞流场控制系统是风洞最重要的部分,影响着马赫数的精度、风洞流场的稳定、品质及调节时间,风洞系统的能源消耗。为了实现中国大型飞机设计过程中对风洞试验的需求,需要提高风洞流场中马赫数控制精度为0.001。2.4m暂冲型风洞目前采用的PID控制不能满足试验要求。 风洞流场系统结构复杂,飞行器模型在风洞内进行吹风试验时对控制
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风洞是研究空气动力学规律、航空航天飞行器及其它物体气动特性的重要地面模拟平台。风洞流场控制系统是风洞最重要的部分,影响着马赫数的精度、风洞流场的稳定、品质及调节时间,风洞系统的能源消耗。为了实现中国大型飞机设计过程中对风洞试验的需求,需要提高风洞流场中马赫数控制精度为0.001。2.4m暂冲型风洞目前采用的PID控制不能满足试验要求。
风洞流场系统结构复杂,飞行器模型在风洞内进行吹风试验时对控制精度的要求很高,而且试验时间不长,使得控制难度较大。目前应用的控制方法在控制中存在调节时间过长、超调量过大等问题,难以在有限的时间内达到所需的马赫数精度要求。
通过分析影响马赫数的物理量,风洞结构和攻角变化的特点确定采用动态矩阵控制算法控制以主排气阀位移和栅指位移为输入,总压和静压为输出的两入两出风洞流场系统。基于动态矩阵控制算法设计风洞流场控制器,为了提升风洞流场对攻角扰动的抵抗力,采用攻角扰动信息动态补偿静压预测值,建立了攻角补偿动态矩阵风洞流场控制器。为保证控制器的实施,给出了基于风洞流场的一阶惯性加滞后近似模型、攻角扰动近似模型的控制器参数整定方法。使用LabVIEW语言在工控机上完成了风洞控制器的编写。
风洞流场的非线性导致不同工况之间的模型差异较大。若不同工况采用相同的模型,由于模型失配会导致控制精度的降低。然而出于能耗、成本的考虑,为每一种工况都做阶跃响应实验是不可取的。考虑到多模型控制在解决非线性问题上的优越性,本文选择在基于多模型的基础上,使用动态矩阵控制算法设计风洞流场控制器,将多模型方法和动态矩阵控制有效结合,使吹风试验中流场参数的精度达到了大型飞机研制要求。
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