非线性机翼气动弹性颤振的主动控制研究

摘要

气动弹性的颤振问题广泛存在于航空航天、土木结构及风力发电等工程领域。随着飞行器重量及刚度的不断减小和飞行速度的不断提高，飞行器气动弹性颤振问题日渐突出，机翼的主动颤振控制成为飞行器优化控制的研究热点。本文基于非线性动力学理论和现代控制理论，对非线性二元机翼在颤振分析、主动控制方法等方面进行了研究，论文的主要工作与学术贡献加下：
　　在定常气动力条件下对非线性二元机翼进行颤振分析。基于拉格朗日方程建立了机翼颤振系统动力学模型，分析了系统的颤振特性，给出了影响颤振速度的各个不同因素，利用描述函数线性化方法、Routh-Hurwitz判据和Hopf分岔定理得到临界颤振速度和系统的稳定性。
　　以带双控面的非线性二元机翼为研究对象，提出一种积分反演滑模主动控制方法，设计了气动弹性机翼的反演滑模控制系统，实现了浮沉自由度和俯仰自由度的稳定跟踪控制，并基于李雅普诺夫理论进行了系统稳定性分析。仿真结果表明：所设计的控制系统能有效消除机翼气动弹性系统的颤振，实现了期望状态的稳定跟踪且削弱了传统滑模的抖振。
　　针对非线性机翼外部扰动不确定问题，对以上反演滑模控制方法作出改进，提出一种基于系统浸入与流形不变(I&I)的自适应反演滑模控制方法，基于I&I设计了整体自适应律，结合 super-twisting二阶滑模设计了气动弹性机翼的自适应滑模控制系统，消除了未知外部扰动对系统的影响。仿真结果表明：基于I&I对扰动估计的准确性，翼段浮沉位移和俯仰角输出的稳定性得到提高，同时设计的控制器加快了系统状态的收敛，保证了系统的稳定性和自适应性。

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第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 气动弹性颤振及其控制技术概述

1.3 气动弹性颤振国内外研究现状

1.4 本文主要研究内容

第2章 二元机翼气动弹性分析

2.1 非定常气动力学

2.2 二元机翼气动弹性特性分析

2.3 本章小结

第3章 二元机翼气动弹性颤振分析

3.1 颤振的基本概念和机理

3.2 描述函数法

3.3 二元机翼系统颤振特性分析

3.4 实例分析

3.5 本章小结

第4章 二元机翼的反演滑模控制

4.1 二元机翼气动弹性系统建模

4.2 控制方法描述

4.3 反演滑模控制器设计

4.4 仿真分析

4.5 结论

第5章 基于浸入与不变的二元机翼反演滑模控制

5.1 系统浸入与流形不变

5.2 系统模型

5.3 基于浸入与不变的自适应反演滑模控制

5.4 仿真分析

5.5 结论

总结与展望

参考文献

攻读硕士学位期间承担的科研任务和主要成果

致谢