体自由度颤振主动抑制的多输入/多输出自抗扰控制律设计

摘要

飞翼布局飞行器因具有高升阻比、续航时间长、隐身等优点,近年来受到国内外的广泛关注.然而,在气动激励下飞机低阶弹性模态易与短周期刚体模态耦合,诱发一种新型颤振形态——体自由度颤振(BFF:Body Freedom Flutter).国际航空界对BFF主动抑制技术的研究刚起步,在多输入/多输出BFF控制律设计方面尚未见公开发表.本文提出了一种新颖的抑制体自由度颤振的多输入/多输出(MIMO:Multiple Input/Multiple Output)控制律设计方法.该控制律设计方法将受控对象的不确定因素作为“未知扰动”,通过受控对象的输入-输出关系对其进行估计并给予补偿,最后综合出具有高鲁棒性的MIMO输出反馈控制律.为了验证所提出的控制律设计方法在抑制体自由度颤振方面的有效性,本文选择一大展弦比飞翼布局无人机为研究对象,分别以机身升降舵与机翼外侧副翼为双控制输入,飞机刚体俯仰率和翼尖加速度为反馈信号来设计MIMO自抗扰控制器.对闭环系统根轨迹分布、闭环时域仿真和闭环系统最小奇异值等进行了数值仿真,结果表明本文所提出的MIMO自抗扰控制律设计方法能有效提高飞机体自由度颤振临界速度,可将飞翼布局无人机的BFF颤振临界速度提高约45.3％,并且具有很高的鲁棒性.