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基于H_∞的飞机垂直尾翼模型振动主动控制

作 者: 吴志华
导 师: 徐志伟
学 校: 南京航空航天大学
专 业: 仪器科学与技术
关键词: 飞机垂尾 压电智能结构 振动主动控制 系统辨识 H_∞鲁棒控制理论
分类号: V214
类 型: 硕士论文
年 份: 2008年
下 载: 173次
引 用: 3次
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内容摘要


抖振是高性能飞行器的一种常见的气动现象。飞机垂直尾翼的严重抖振会降低垂尾结构的疲劳寿命,影响飞行器的飞行性能,甚至危及飞行安全。因此垂尾振动控制对延长垂尾疲劳寿命,增加飞行安全性有重要意义。本文首先介绍了高性能飞行器垂尾抖振国内外研究概况;然后以某型战斗机1/2垂尾模型为研究对象,压电材料为传感器和驱动器,组建了垂尾压电结构振动主动控制平台,并运用系统辨识方法对垂尾压电结构振动主动控制系统建模;接着分析了H_∞控制理论在模型不确定的情况下保持干扰抑制性能的应用方法;设计了两个基于H_∞控制算法的鲁棒控制器,一个用于抑制单频外扰,一个用于抑制窄带随机外扰;对所设计的鲁棒控制器进行降阶处理,并分析对比降阶前后控制器的频率特性和动态响应特性;在SIMULINK中搭建了振动控制仿真系统,仿真验证了控制系统的鲁棒稳定性和鲁棒性能;最后进行垂尾振动主动控制实验研究,实验结果表明H_∞控制理论应用于垂尾振动控制的可行性和有效性。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-13
第一章 绪论  13-20
  1.1 课题的研究背景和研究概况  13-16
  1.2 振动主动控制的研究概况  16-18
  1.3 H_∞鲁棒控制的研究概况和特点  18-19
  1.4 本文的主要内容  19-20
第二章 垂直尾翼结构模型的控制系统建模  20-32
  2.1 系统辨识概述  20-21
  2.2 系统辨识的内容和步骤  21-23
  2.3 常用的几种模型结构  23-24
  2.4 最小二乘辨识法的基本原理  24-25
  2.5 垂尾结构控制系统建模  25-31
    2.5.1 实验装置  25-26
    2.5.2 系统输入及响应数据处理  26-28
    2.5.3 ARX 模型阶次选择和参数辨识  28-29
    2.5.4 模型的验证  29-31
  2.6 本章小结  31-32
第三章 H_∞鲁棒控制理论  32-42
  3.1 鲁棒性概念  32
  3.2 H_∞控制理论的实质  32-33
  3.3 H_∞控制理论  33-40
    3.3.1 小增益定理  33-34
    3.3.2 H_∞的标准控制问题  34-36
    3.3.3 典型控制问题转化为H_∞标准控制问题  36-40
  3.4 标准的H_∞控制问题的求解  40-41
  3.5 本章小结  41-42
第四章 鲁棒H_∞控制器设计研究  42-63
  4.1 混合灵敏度问题  42-47
    4.1.1 混合灵敏度的基本概念  42-44
    4.1.2 混合灵敏度设计以及加权函数的选取  44-46
    4.1.3 混合灵敏度控制器设计的一般步骤  46-47
  4.2 鲁棒H_∞控制器设计  47-55
    4.2.1 垂尾结构振动控制问题的转化  47-49
    4.2.2 控制器设计  49-55
  4.3 控制器降阶  55-59
    4.3.1 基于Gram 矩阵的均衡降阶方法  55-57
    4.3.2 最小实现  57
    4.3.3 控制器降阶前后对比  57-59
  4.4 控制器仿真  59-62
    4.4.1 单频外扰控制仿真  60-61
    4.4.2 窄带随机外扰控制仿真  61-62
  4.5 本章小结  62-63
第五章 垂尾结构振动主动控制实验研究  63-69
  5.1 垂尾振动H_∞控制实验平台简介  63-64
  5.2 垂尾振动H_∞ 控制系统软件设计  64-65
  5.3 控制实验及结果分析  65-67
    5.3.1 单频控制实验  65-66
    5.3.2 窄带控制实验  66-67
  5.4 本章小结  67-69
第六章 全文总结与展望  69-71
  6.1 全文总结  69
  6.2 研究工作展望  69-71
致谢  71-72
攻读硕士学位期间发表的学术论文  72-73
参考文献  73-78
附录  78

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中图分类: > 航空、航天 > 航空 > 基础理论及试验 > 航空器结构力学
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