【摘 要】
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大飞机的研制对风洞流场精度提出了近乎苛刻的要求,但目前已有的控制方法难以满足流场的高精度要求。预测控制基于预测的未来时刻控制偏差优化控制率,有能力实现高精度控制。
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大飞机的研制对风洞流场精度提出了近乎苛刻的要求,但目前已有的控制方法难以满足流场的高精度要求。预测控制基于预测的未来时刻控制偏差优化控制率,有能力实现高精度控制。因此,本文以暂冲型跨声速风洞为对象,研究使用预测控制实现高精度的风洞流场。本文分析了暂冲型风洞的结构和吹风试验的特点。考虑到气源压力下降会使流场特性随时间发生改变,在控制系统中引入主引回路,通过调节主引压力消除气源压力下降对流场的影响。由于被控量马赫数由非线性公式计算,将被控变量选为总压和静压,以减少系统中的非线性。通过分析阶跃响应数据发现,风洞流场是具有耦合和时滞特性的对象。预测控制考虑了对象的动态特性,所以有能力处理对象的耦合问题,并能够调节存在滞后的对象,说明采用预测控制调节风洞流场是合理的。由于阶跃响应模型可以准确地描述对象的动态特性,而且在风洞流场中可以很容易地测取阶跃响应数据,所以采用阶跃响应模型作为风洞流场预测模型。考虑到风洞控制器的主要任务是消除控制误差,选择使用传统二次型指标作为风洞预测控制器的优化性能指标。考虑到暂冲型风洞吹风试验要求控制系统能够快速调节流场,控制器采用计算量较少的基于预测误差的反馈校正方式。终上所述,选择使用多变量动态矩阵控制作为流场控制器。为提高风洞抵抗攻角扰动的能力,使用攻角补偿静压的预测值,从而构成风洞流场前馈动态矩阵控制器。根据风洞流场近似模型、攻角扰动近似模型及工程经验确定了控制器的参数整定方法。基于LabVIEW软件实现了所设计的风洞预测控制器。通过实际吹风试验验证了风洞预测控制器能够有效调节风洞流场、使吹风试验达到了精度要求,从而验证了控制器的有效性。预测控制器的重复性和鲁棒性也在实际吹风试验中得到了验证。
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