【摘 要】
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大飞机的研制对风洞流场的控制精度提出了近乎苛刻的要求,应用合适的控制方法对流场进行精确调节,是确保风洞流场品质的关键。预测控制基于预测的未来时刻控制偏差优化控制律,有能力实现高精度控制。因此,本文以2.4m暂冲型跨声速风洞为对象,研究应用预测控制实现高精度流场控制的方法。 在分析暂冲型跨声速风洞系统的非线性、时变、时滞、耦合等特点后,结合控制系统结构,考虑攻角变化引起的扰动,设计了风洞流场的预测
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大飞机的研制对风洞流场的控制精度提出了近乎苛刻的要求,应用合适的控制方法对流场进行精确调节,是确保风洞流场品质的关键。预测控制基于预测的未来时刻控制偏差优化控制律,有能力实现高精度控制。因此,本文以2.4m暂冲型跨声速风洞为对象,研究应用预测控制实现高精度流场控制的方法。
在分析暂冲型跨声速风洞系统的非线性、时变、时滞、耦合等特点后,结合控制系统结构,考虑攻角变化引起的扰动,设计了风洞流场的预测控制器,给出了控制器参数整定的方法。然后,针对预测控制方法在流场控制在工程应用中遇到的问题,提出了如下解决方案:
针对建立新工况的预测模型过程中,进行阶跃响应实验获取新工况预测模型会耗费大量时间、能源和成本的问题,用基于案例推理的方法,由典型工况积累的预测模型估计出新工况下的预测模型。若估计出的模型在流场控制中达不到预期的效果,再根据新工况下的吹风试验的控制效果,校正估计的预测模型。
针对高马赫数工况下攻角阶跃实验无法进行,从而难以由攻角阶跃实验确定攻角补偿模型的问题,用已有的相近工况下由实验获得的攻角补偿模型,对流场进行控制,根据变攻角过程中流场控制的效果,对攻角补偿模型进行迭代修正。
将基于LabVIEW软件实现的风洞流场预测控制器,在实际吹风试验中投入使用。现场吹风试验的控制效果验证了该控制器的有效性,也验证了本文提出的解决方案的可行性。现场的应用实践表明,本课题所开展的工作,能使基于预测控制方法设计的流场控制器,将马赫数控制到要求的精度,从而改善流场品质。
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