基于滑模观测器的机翼颤振主动抑制设计

《基于滑模观测器的机翼颤振主动抑制设计》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、2017年6月第43卷第6期北京航空航天大学学报JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsJune2017Vol_43No．6http：ffbhxb．buaa．edu．anjbuaa@buaa．edu．anDOI：10．13700／j．bh．1001-5965．2016．0453基于滑模观测器的机翼颤振主动抑制设计宋晨1’2一，王诗其2，杨超2(1．北京航空航天大学无人系统研究院，北京100083；2．北京航空航天大学航空科学与工程学院，北京100083)摘要：颤振主动抑制

2、(AFS)是国际上普遍推崇的颤振问题解决方案，对现代飞行器设计具有重要意义。基于国际上滑模观测器的二维机翼AFS应用，以双后缘控制面真实机翼模型为对象，发展一种低阶滑模观测器的三维机翼AFS设计方法。该观测器性能优越、特点鲜明，但传统的设计流程繁琐，限制了其在高阶模型对象上的使用。本文借助线性二次型高斯(LQG)方法中的最优滤波器增益矩阵，提出一种简化的滑模观测器设计流程。结合气动弹性物理背景，使本文方法理论上能够应用于实践。算例对比分析结果表明，本文方法比LQG方法具有更好的抵抗噪声能力。关键词：气动弹性；颤振主动抑制(AFS)；线性二

3、次型最优控制；滑模控制；滑模观测器中图分类号：V215．3文献标识码：A文章编号：1001．5965(2017)06．1098-07颤振是一种气动弹性动力学不稳定现象，往往会对飞行器结构带来灾难性后果，因而备受关注。传统的颤振抑制手段以被动地改变飞行器结构特性为主，诸如施加配重或增加结构刚度，这不可避免地造成结构增重，影响飞行器整体性能。颤振主动抑制(AFS)可以不显著影响结构特性，通过控制系统补偿来改变颤振耦合机制¨一，是当前解决颤振问题的研究热点。其中，AFS的主动控制律设计是关键。伴随控制理论技术的发展，AFS控制律设计方法经历了经

4、典控制理论和现代控制理论阶段。目前，理论研究以现代控制理论方法为主，并呈现出方法多样化、多种方法融合的特点。其中，线性二次型高斯(LQG)方法是气动弹性主动控制备受关注的一种方法，在20世纪90年代，曾广泛地得到研究与讨论‘2⋯。LQG方法使用最优滤波器做状态估计，可以在控制过程中考虑控制输入与受控对象输出中的随机噪声干扰，该特点非常适用于气动弹性AFS和阵风减缓问题’44o。但是，LQG控制律的高阶次以及控制效果对模型精度的依赖，使其工程应用受到限制。国内外大量研究致力于改善LQG方法的工程适用性。24。。近年来，滑模控制(SMC)方法

5、出现在气动弹性研究领域，并逐渐引起关注。国际上，Na等¨‘7o尝试使用滑模观测器做状态估计，实现气动弹性主动控制，并与LQG方法对比取得较满意的结果。有关滑模控制气动弹性应用的最新进展见文献[8]。国内方面，西北工业大学张惠媛、史忠科H。将滑模变结构控制方法用于飞机抛物响应控制，较早地把这种方法用于气动弹性相关学科。笔者在前期工作中讨论了SMC方法应用于二维机翼AFS的控制机理¨““o，并使用Utkin滑模观测器实现了二维机翼的AFS_⋯。这些研究表明，SMC方法适用于气动弹性主动控制，且该方法具有较强的鲁棒性‘6。1⋯。特别是基于滑模观

6、测器的方法，同LQG方法一样可以在控制设计中考虑随收稿日期：2016-05-26；录用日期：2016-06—20；网络出版时间：2016-10—1709：54网络出版地址：WWW．cnki．net／kcms／detail／11．2625．V．20161017．0954．006．html基金项目：国家自然科学基金(11402013)；中央高校基本科研业务费专项资金(YwF-14·WRJS_004){通讯作者：E-mail：songchen@buaa．edu．en引用格式：宋晨，王待其，杨超．基于滑模观测器的机翼颤振主动抑制设计fJJ．北京航

7、空航天大学学报，2017，43(6)：1098-1104．SONGc，WANGSQ，YANGc．ActiveflattersuppressiondesignofawingbasedonslidingmodeobserverfJ]．JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronautics，2017，43∞)：1098一J104(inChinese)．第6期宋晨，等：基于滑模观测器的机翼颤振主动抑制设计1099机噪声干扰，具有应用前景。但是这类观测器的常规设计过程较为繁琐，需多次坐标变换将受

8、控对象方程转换为标准型¨⋯。当模型阶次较高时，有时难以设计出观测器参数。现有研究多见于二维机翼对象，暂未见用于三维真实机翼。非定常气动力求解技术是气动弹性研究的基础。国内外关于SMC方法的气动