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智能翼肋动态形状控制方法研究

王镜镜  
【摘要】:智能变体飞行器是将智能材料分布式植入飞行器表面或内部,能根据飞行任务和所处环境的变化实时调整外形,从而提高飞行性能。本文针对智能材料驱动的变体飞行器翼肋的变形控制问题作深入研究。 首先,设计智能翼肋变形控制系统的整体构架。确立控制系统的各个模块:网络总线模块(采用CAN总线),智能驱动(采用压电材料驱动器)与传感模块(采用线性位移传感器),控制模块(包括飞行控制模块和变形控制模块,本文研究变形控制模块)。阐述该系统工作的基本原理与流程。 其次,建立智能翼肋系统的动态模型。对智能翼肋作简化,将其看作简支弹性梁,综合压电材料的逆压电特性,建立其动力学偏微分方程。利用模态分析将翼肋的形状表示成一组正弦函数的叠加形式,基于这组正弦函数,分布参数模型便转化为状态变量为模态系数的控制模型。取前几阶有限模态进行控制,剩余模态处理成误差项。 然后,设计基于状态观测器的动态形状控制算法,跟踪期望的翼型。设计思路是,首先不考虑网络的特性,设计考虑剩余模态影响的控制算法;分析系统的网络特性,设计考虑网络诱导时延的控制算法。仿真表明,所设计的算法对于短时延和剩余模态的影响能够降到最低,系统能够鲁棒渐近稳定。最后,考虑智能翼肋变形过程的平滑性效果,设计基于相邻节点信息的控制算法。该算法利用相邻节点的反馈信息来设计控制率,仿真表明,该算法不仅能使系统保持鲁棒渐近稳定,同时对于变形过程,能够达到协调效果。


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