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基于气动力辨识的ASE模型降阶研究
  • ISSN号:0459-1879
  • 期刊名称:《力学学报》
  • 时间:0
  • 分类:V212[航空宇航科学与技术—航空宇航推进理论与工程;航空宇航科学技术]
  • 作者机构:[1]西北工业大学航天学院,西安710072
  • 相关基金:国家自然科学基金(90405002),高等学校博士学科点专项科研基金(20070699054)资助项目.
中文摘要:

CFD/CSD耦合计算能够准确预测跨音速段飞行器弹性振动的非定常气动力,但其带来的巨大计算量及高阶维数不利于气动弹性系统的分析与综合.针对于此,采用系统辨识及均衡截断技术对高阶气动伺服弹性模型进行降阶处理,并利用所得到的低阶模型进行系统综合:(1)基于Volterra级数气动力辨识技术,得到非定常气动力的时域降阶模型(ROM),耦合结构动力学模型及控制机构动力学模型获得气动伺服弹性(ASE)状态空间方程;(2)利用均衡截段法对时域ASE模型进行进一步降阶,得到能够较真实反映所关心频域内系统响应的低阶ASE模型;(3)针对建模误差和降阶误差存在造成的系统不确定性问题,结合降阶模型采用混合灵敏度H∞控制方法设计颤振主动抑制鲁棒控制律,保证其作用于真实系统的有效性;对控制器进行均衡阶段降阶并保持其鲁棒性,得到低阶鲁棒的颤振抑制控制器.最后利用典型的BACT模型进行气动伺服弹性的降阶及主动颤振抑制控制,仿真结果表明,基于ROM建立的低阶气动弹性模型能够较真实地反应系统的颤振特性;而基于截断后的降阶模型所设计的低阶鲁棒控制器能够有效应用于存在不确定性摄动的实际系统,并将系统颤振速度提高36%.

英文摘要:

Transonic unsteady aerodynamics model can be obtained by CFD/CSD coupling computation, but it is disadvantaged to analyze and integrate ASE problems because of the high order of the model. The high order ASE model is dealt with order reduction technique using system differentiate and analyses, and balanced truncation in this paper, and to integrate with the low order model. Outlines of this paper can be generalized as follow: (1) The unsteady aerodynamics reduced-order model (ROM) is gained by applying Volterra series theory, and the aero-servo-elasticity (ASE) model is gained by coupling configuration dynamics and servo dynamics; (2) A lower ASE reduced-order model is obtained using the balanced truncation method; (3) Based on ASE reduced-order model a mixed sensitivity H∞ controller is designed for flutter suppression to reduce the order of the controller while keeping its robustness. At last, in a typical BACT system, simulations of model reduction and active flutter suppression controller designing are given. The result shows that the ASE reduced-order model based on ROM can reflect flutter characteristic of practical system factually, and it has lower order than CFD/CSD coupling model, while the low-order robust controller designed based on balanced truncated ASE model can apply to practical system effectually, and increased the flutter speed by 36%.

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期刊信息
  • 《力学学报》
  • 北大核心期刊(2011版)
  • 主管单位:中国科学院
  • 主办单位:中国力学学会 中国科学院力学研究所
  • 主编:魏悦广
  • 地址:北京市海淀区北四环西路15号中科院力学所内《力学学报》
  • 邮编:100190
  • 邮箱:lxxb@cstam.org.cn
  • 电话:010-62536271
  • 国际标准刊号:ISSN:0459-1879
  • 国内统一刊号:ISSN:11-2062/O3
  • 邮发代号:2-814
  • 获奖情况:
  • 1992年首届自然科技期刊一等奖,1996年国家自然科技期刊二等奖,2000年首届国家期刊奖
  • 国内外数据库收录:
  • 美国数学评论(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:13332