考虑气动弹性的高超声速飞行器姿态稳定控制.pdf

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1、第18卷第11期电机与控制学报V01．18No．112014年11月ElectricMachinesandControlNOV．2014考虑气动弹性的高超声速飞行器姿态稳定控制黄显林，逄洪军(哈尔滨工业大学航天学院，黑龙江哈尔滨150001)摘要：以高超声速飞行器为背景，针对气动特性与机体弹性形变引起的机体前端的偏转角之间的相互关系，建立高超声速飞行器的一种新型的气动弹性模型。采用活塞理论分析机体受气动力时的弹性形变，通过引入诱发攻角，建立了面向控制的包含气动弹性的高超声速飞行器的非线性模型。通过数值仿真验证了引入诱发攻角的必要性，最后设计了姿态稳定鲁棒控制器，通过非线I}生仿真结果间接验证

2、了模型的有效性和正确性。提出的描述高超声速飞行器气动弹性问题的思路和方法．同样适用于其它构型的飞行器，并且此模型的变量维数远小于其它同类模型，降低了后续工作中控制器设计的难度。关键词：高超声速飞行器；气动弹性；建模；姿态控制；诱发攻角中图分类号：V448．2文献标志码：A文章编号：1007-49X(2014)l1—0097-09AttitudestabilizationcontrolofhypersonicvehicleconsideringaeroelasticityHUANGXian—lin，PANGHong-jun(SchoolofAstronautics，HarbinInstitut

3、eofTechnology，ttarbin150001，China)Abstract：Basedonhypersonicvehicle，consideringtheinfluencebetweenaeroelasticcharacteristicandadeflectionangleinthefrontofthevehiclegeneratedbyvehicleelasticdeformation，anewaeroelasticmodelofhypersonicvehiclewasbuilt．Elasticdeformationmadebyaerodynamicforceactingonve

4、hiclebypistontheorywasanalyzed，andanonlinearmodelwasbuiltincludingaeroelasticityhypersonicvehi。cle．Thenumericalsimulationsproveitisnecessarytointroduceinducedangleofattack，thenattitudestabilizationrobustcontrollerwasdesigned，andtheclosed—loopsystemsimulationresultofnonlinearmodelverifiesthevalidity

5、andcorrectnessofthemodelindirectly．Themethodtodescribehypersonicve—hicleaerodyrnamicelasticproblemwasproposed，whichisapplicabletoothervehicleswithdifferentcon—figuration，andthedimensionofthismodelisfarsmallerthanothers，whichmakesiteasiertodesignthecontroller．Keywords：hypersonicvehicle；aeroelastieit

6、y；modeling；attitudecontrol；inducedangleofattack在大气层和跨大气层中实现高超声速飞行的飞行0引言器。由于轻质柔性材料的广泛采用，新的高超声速高超声速飞行器一般是指飞行马赫数大于5、飞行器结构的固有振动频率越来越低，机体弹性形收稿日期2014—-03——14基金项目国家自然科学基金(61273095，61304006)作者简介黄显林(1956一)，男，博士，教授，博士生导师，研究方向为智能控制与导航、系统辨识和自适应控制；逢洪军(1985一)，男，博士研究生，研究方向为飞行器导航、制导与控制。通讯作者黄显林98电机与控制学报第l8卷变会影响飞行器的

7、动力学特性、操纵性和飞行的稳飞行器气动弹性问题提供一种新的思路。定性¨。气动弹性问题是区分高超声速飞行器和1机体的表面的气动力与弹I生形变分析常规飞行器的主要特性之一。在高超声速飞行过程中，机体表面气流、气动力、机体结构、控制和推进系在低速飞行器中，一般将机体表面的气流看作统之问存在复杂的耦合关系_2J。这些耦合关系在是等熵流来分析，气流参数沿流线各点是连续变化过去并未引起足够关注，而且由于无法利用风洞缩的。