基于降阶模型的气动弹性主动控制律设计

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1、第31卷第1期航空学报V01．31No．12010年1月ACTAAERONAUTICAETASTRONAUTICASINICAJan．2010文章编号：1000一6893(2010)O卜0012—07基于降阶模型的气动弹性主动控制律设计陈刚1，李跃明1，闫桂荣1，徐敏2(1．西安交通大学强度与振动教育部重点实验室，陕西西安710049)(2．西北工业大学航天学院，陕西西安710072)DesignofActiveControlLawforAeroelasticSystemsviaReducedOrderModelsChenGan91，LiYuemin91，Ya

2、nGuiron91，XuMin2(1．MOEKeyLaboratoryforStrength&Vibration，Xi’anJiaotongUniversity，Xi’an710049，China)(2．SchoolofAstronautics，NorthwesternPolytechnicalUniversity，Xi’an710072，China)摘要：流体／结构耦合数值模拟是目前解决复杂气动弹性问题精度最高的方法。但由于计算效率比较低，模型阶数过高，不能直接用于气动弹性系统的主动控制律设计。为了对主动控制系统设计提供高效高精度状态空间模型，研究了气动弹性

3、系统的时域正则正交分解(POD)／降阶模型(ROM)方法，并引入平衡截断(BT)技术进一步降低时域POD／ROM的阶数，从而有效克服了时域POD／ROM阶数过高的缺．点。在此基础上建立了基于POIYBT／ROM的气动伺服弹性降阶方程。以AGARD445．6机翼为例，说明了时域POD／ROM建模的各个细节，并将其用于气动弹性主动控制律的设计。计算结果表明，POD／ROM具有接近计算流体力学(CFD)／计算结构动力学(CSD)耦合计算的精度，同时又大大提高了计算效率约l～2个量级，是一种高精度高效率的气动弹性主动控制系统设计工具。关键词：主动控制；降阶模型；正则正

4、交分解；计算流体力学；气动弹性力学中图分类号：V215．3；V249．121文献标识码：AAbstract：Currentlythemethodofhighestaccuracyforcomplexaeroelasticsystemsisfluid-structurecouplednumericalsimulation．However，becauseofitslowefficiencyandhigherorder，itcannotbedirectlyusedtode-signtheactivecontrollawforanaeroelasticsystem．T

5、odealwiththeproblem，areducedordermodel(ROM)basedontime-domainproperorthogonaldecomposition(POD)isinvestigated．Theorderoftime-domainPOD／ROMismuchhigherthanthatofthefrequency-domainPOD／ROM；thereforeaPOD—BT／ROMisdevel-opedbyintroducingthebalancedtruncation(BT)methodincontroltheory．Then

6、areduced-orderaeroser-voelasticmodelbasedonPOD-BT／ROMisbuilt．Detailsoftheconstructionoftime-domainPOD／ROMandthedesignofactivecontrollawaredemonstratedbyAGARD445．6wing．ThenumericalresultsshowthatthePOD／ROMhasnearlythesameaccuracyasthecomputationalfluiddynamics(CFD)／computationalstruc

7、turedynamics(CSD)coupledmethodanditimprovesthecomputationefficiencybyabout1-2ordersofmagnitude．Itisahighlyefficientandaccurateactivecontrollawdesigntoolforaeroelasticsystems．Keywords：activecontrol；reducedordermodel；properorthogonaldecomposition；computationalfluiddyna-mics；aeroelasti

8、city随着计算气动弹性力学的发展，可