闭环系统辨识 报告

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1、闭环系统辨识气动参数辨识在导弹研发中的作用气动力参数辨识是飞行器系统辨识中发展最为成熟的一个领域。对于导弹而言，采用系统辨识技术从飞行试验数据获取导弹空气动力特性，已经成为导弹研制和评估程序的重要组成部分。导弹气动参数辨识的作用主要体现在以下几个方面：(1)验证气动力数值计算和风洞试验结果。如前所述，数值计算和风洞试验各有其优点，也各有其局限性，必须通过飞行试验进行验证。如果飞行试验气动参数辨识结果与数值计算和风洞试验结果一致，则说明数值计算和风洞试验结果是正确的；如果不一致，就要找出产生不一致的原因，通过相关性分析，将地面试验结果换算到真实飞行状态下。(2)

2、为导弹系统仿真提供准确的气动参数。在导弹打靶仿真中，控制系统的执行元件、旋转台、控制系统、目标源等都可以采用实物，但导弹所受外作用力，特别是空气动力是飞行状态参数的函数，无法用实物实现，应代之以数学模型。该数学模型是否正确决定了系统仿真的置信度，因此，采用系统辨识技术，辨识出导弹的外作用力数学模型，特别是气动力数学模型，是导弹系统仿真技术的关键环节之一。(3)为导弹飞行控制系统设计提供准确的气动参数。控制律设计取决于导弹的气动特性。如果控制律设计所依赖的气动数据误差过大，可能会导致控制失效；如果气动数据误差带很大，为了满足控制系统鲁棒性要求，或者控制精度降低，

3、或者对指令的响应时间加长。利用飞行试验气动参数辨识结果，经过相关性分析给出的导弹气动特性，其可信度可望显著提高，用于飞行控制律设计，可以大大提高控制系统的性能。(4)自适应控制。自适应控制系统能根据系统的状态和环境参数变化，自动调节控制系统的相应系数，以达到最佳控制状态。系统实时辨识是自适应控制系统的重要组成部分。对于导弹，机动性与导弹的静稳定裕度和动压关系很大，实时辨识导弹动力学系统与静稳定裕度和动压密切相关的参数，并据之实时改变控制系统的增益系数，可提高导弹的可控性和机动性。(5)飞行试验故障分析。对于导弹飞行试验故障分析，气动和动力学分析是其中的一项重要

4、内容，而气动参数辨识是进行气动和动力学分析的有效工具。气动参数辨识在飞行试验故障分析中已经得到许多成功的应用。(6)飞行试验落点预报。在导弹靶场飞行试验中，残骸搜索是一项重要的工作，残骸可以为飞行试验结果分析、事故分析、导弹定型等提供重要依据。残骸的快速、有效搜索，取决于落点的准确预报。在导弹飞行试验落点预报中，气动参数辨识是最关键的技术环节。战术导弹闭环辨识的难点及解决途径系统辨识的效果受到几个因素的制约：待辨识对象的动态特性；所选取的模型结构与相应的参数化方式；采用的辨识方法和准则；系统辨识进行的实验条件。从某种意义上说，实验条件可分开环和闭环两种工况，如

5、下图1和图2所示，针对这两种状态的辨识也分别称为开环系统辨识和闭环系统辨识。开环系统的输入与输出信号之间不相关，系统的输出仅仅反映系统输入和系统本身的特性，系统辨识可以对输入和输出信号分别测量和处理，数据处理比较简单明确；闭环状态输出信号不仅反映系统特性，还包括反馈装置的特性，辨识时要从输出的可观测量中将系统特性和反馈装置特性区别出来，这样一来问题就复杂化了。尽管闭环系统辨识比开环系统辨识复杂，但是有时某些工程应用中要求辨识试验必须在闭环条件下进行，比如，静不稳定飞机飞行试验时不可断开飞控系统，否则可能会造成灾难性的后果；再如，在经济、生物等领域中，许多系统往

6、往还存在固有的、无法断开的或隐蔽的反馈；还有出于系统运行安全性、经济性的考虑，利用在线辨识进行控制的系统也需要闭环系统辨识，以免系统工况偏离正常值太远而发生危险或影响产品质量。因此，根据闭环条件下测得的试验数据对对象进行辨识往往不可避免。闭环系统辨识研究成为近年来系统辨识方法研究的重要发展方向，在今后工程中的应用也将愈来愈多。图1开环系统（前馈控制）图2闭环系统（反馈控制）对于战术导弹，大攻角机动是其重要的战术技术指标之一。在大攻角下，导弹的空气动力特性十分复杂。绕细长导弹的流动结构，可分成四种主要的流动形态。当攻角从0°增加到90°时，出现无涡流动、对称涡流

7、动、定常非对称涡流动、尾迹状流动区域。在较大攻角下，非对称前体涡产生较大的侧向力和偏航力矩。当非对称涡与弹翼相互作用时，导弹的空气动力特性更为复杂。此外，战术导弹作大攻角机动时，非定常气动效应可能很显著。因此，基于安全性与稳定性要求，战术导弹的飞行试验通常是在闭环控制状态下进行的，根据闭环条件下测得的试验数据辨识导弹气动参数已成为获取导弹在典型状态下的非定常气动力特性的一条可行途径。人们从实践中发现，许多成熟的经典辨识方法，如预报误差法、辅助变量法、相关分析法、频谱分析法等，在开环实验条件下均能获得满意的效果。然而，由于反馈的存在，使得闭环控制系统中的输入输出

8、数据中有关系统动态特性的信息量减少，同