二元机翼颤振的指令滤波反推自适应约束控制

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1、2016年6月第42卷第6期北京航空航天大学学报JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsJune2016V01．42No．6http：}fbhxb．buaa．edu．cajbuaa@buaa．edu．enDOI：10．13700／j．bh．1001-5965．2015．0732二元机翼颤振的指令滤波反推自适应约束控制苟义勇，李洪波，董新民+，石超，孙超姣(空军工程大学航空航天工程学院，西安710038)摘要：为有效抑制二元机翼颤振现象，

2、设计了一个指令滤波反推自适应约束控制器。考虑二元机翼气动弹性系统存在多项式结构非线性特性以及系统不确定的情况，针对二元机翼控制面偏转角度限制以及系统外部阵风扰动等问题，将前／后缘双控制面布局的二元机翼动态方程以状态空间形式描述，采用反推控制技术进行控制律整体设计，通过指令滤波环节对虚拟／实际控制信号进行幅值限制，并将滤波前后的信号差引入到自适应约束控制律设计过程中。仿真结果表明，在一定来流速度下，开环系统出现极限环颤振现象，闭环控制系统能快速达到稳定状态，二元机翼颤振现象得到有效抑制。关键词：二元机翼；

3、颤振；指令滤波；反推控制；自适应约束控制中图分类号：V221+．3；TB553文献标识码：A文章编号：1001．5965(2016)06．1263-08由于空气动力、弹性力和惯性力相互作用，飞行器普遍存在机翼颤振现象⋯。机翼颤振会使得飞行性能与作战性能受到严重限制，甚至对飞行安全产生严重影响。抑制颤振的方法主要分为主动抑制与被动抑制，被动抑制改变了机翼的结构特性，需要对飞机进行重新设计，从而增加设计成本和制造成本¨。2J，然而主动抑制技术却克服了上述缺点，主动抑制主要通过控制技术消除机翼颤振现象，因此对

4、颤振现象进行主动抑制具有十分重要的现实意义。颤振主动抑制是气动弹性研究中非常重要的内容，向锦武等‘31总结了最近几年非线性气动弹性系统分析和控制方法，把非线性气动弹性问题分为基于大展弦比机翼、全机和二元机翼的3类气动弹性研究问题。在大展弦比机翼气动弹性研究方面，主要集中在对非线性气动弹性结构建模与不稳定气动力建模。在全机的气动弹性研究方面，主要集中在对高空长航时飞机和战斗机的非线性气动弹性现象分析。在二元机翼气动弹性研究方面，美国德州农工大学已经搭建起研究气动弹性现象的实验平台，建立了包含结构非线性的气

5、动弹性系统数学模型，并针对该模型设计了大量基于后缘单控制面的颤振抑制方法，其中，利用肚方法消除机翼颤振的控制方法已较早提出嵋1；基于状态相关黎卡提方程的颤振抑制方法简单易实现‘4⋯，但是该控制方法必须基于精确的二元机翼模型，实际上，二元机翼建模过程中存在不可忽视的误差以及系统外部还存在各种干扰因素，因此该抑制方法并不适用于工程实践；事实上基于后缘单控制面布局的二元机翼的控制效率并不是很高，为提高其控制效率，基于前／后缘双控制面布局的控制方法也得以应用⋯“，其中利用自适应控制抑制颤振的方法较多¨0’”o，

6、但是应用自适应抑制颤振时很少考虑二元机翼控制面偏转角收稿Et期：2015．11-09；录用日期：2015．12-29；网络出版时间：2016-01-1816：43网络出版地址：WWW．enki．net／kcms／detail／11．2625．V．20160118．1643．004．html基金项目：国家自然科学基金(61473307，61304120)；航空科学基金(20155896026)}通讯作者：Tel．：029-84787400—203E—mail：dongxinmin@139．eom引用格式：

7、苟义勇，李洪波，董新民，等．二元机翼颤振的指令滤波反推自适应约束控制fJJ．北京航空航天大学学报，2016，42f6)：1263．1270．GOUYY。LIHB。DONGXM，ela1．Activefluttersuppressionfortwo-dimensionalwingbased0ncommandfilteredadaptivebacksteppingconstrainedcontrolfJJ．JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronaut

8、ics，2016，42(6)：1263—1270(inChinese)．1264北京航空航天大学学报度存在限制条件，这使得控制效果受到较大影响¨“，针对这个问题，约束控制理论得以应用，为了使设计的控制器适用于颤振抑制，文献[12]将控制面偏转角度的幅值限制引入颤振约束控制律设计过程中，应用自适应控制实现了机翼颤振抑制。值得注意的是，反推控制理论很少应用到基于前／后缘双控制面布局的二元机翼颤振抑制中，原因在于前／后缘控制面偏转角控制输入是相互