[发明专利]低温风洞流场自抗扰控制方法

权利要求书

1.一种低温风洞流场自抗扰控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1.建立低温风洞流场数学模型：建立低温风洞的流场调节机构与流场参数之间的传递函数，不考虑流场调节机构和流场参数之间的耦合关系；所述流场调节机构包括液氮流量调节阀、氮气排气阀和风机，所述流场参数包括低温风洞的总温、总压和马赫数；

S2.设计自抗扰控制器：自抗扰控制器通过流场调节机构来控制流场参数，所述自抗扰控制器包括扩张状态观测器和状态误差反馈控制器，所述扩张状态观测器将包括调节机构和流场参数之间的耦合在内的干扰因素视为总扰动估算出来，并补偿到状态误差反馈控制器中，实现流场的解耦控制；

步骤S1中，将低温风洞流场多变量耦合系统视为三个单输入单输出系统，建立液氮流量调节阀开度与总温、氮气排气阀开度与总压、风机转速与马赫数之间的传递函数；根据机理分析建模方法得到低温风洞的流场集中参数模型，忽略流场集中参数模型中的耦合通道，并忽略总压通道中系数较小项α/(Tθ)，则流场集中参数模型简化为三个单输入单输出系统：

其中，T为总温，M为试验段马赫数，P为总压，A_L为液氮流量调节阀开度，N为风机转速，A_g为氮气排气阀开度；s为Laplace算子，α为氮气制冷系数，β为液氮制冷系数，θ为风洞热质量，K_L为液氮最大注入流量，K_m＝597(1-0.3M)P^-0.035，K_g为氮气排气阀增益，W_g为洞体内氮气质量，t_m为洞体金属时间常数，t_g为氮气时间常数，t_p为风机转速时间常数，τ_L为液氮分子传递时间，τ_a为风机叶片到轴承的声波时差。

2.根据权利要求1所述的低温风洞流场自抗扰控制方法，其特征在于，步骤S2中，根据所述三个单输入单输出系统，分别设计三个自抗扰控制器。

3.根据权利要求1所述的低温风洞流场自抗扰控制方法，其特征在于，对于n阶自抗扰控制，扩张状态观测器由下式构成：

其中，b₀和ω_o为自抗扰控制器的待整定参数。

4.根据权利要求3所述的低温风洞流场自抗扰控制方法，其特征在于，对于n阶自抗扰控制，状态误差状态反馈控制器由下式构成：

其中，b₀和ω_c为自抗扰控制器的待整定参数。

5.根据权利要求1所述的低温风洞流场自抗扰控制方法，其特征在于，根据式(1)，若忽略时滞环节和液氮流量调节阀开度与总温的传递函数的阶数为2，则采用二阶自抗扰控制器；氮气排气阀开度与总压的传递函数、风机转速与马赫数的传递函数的阶数均为1，则采用一阶自抗扰控制器。