[发明专利]一种压电驱动变形机翼的离散滑模控制方法

说明书

本发明涉及一种压电驱动变形机翼的离散滑模控制方法，包括：(a)根据拉格朗日方程建立压电抑制机翼颤振的耦合动力学模型；(b)根据离散控制、滑模控制以及所述耦合动力学模型，得出压电驱动变形机翼的离散滑模控制控制律，输入电压按照此控制律进行则机翼可从颤振状态在有限时间内转为稳定状态。本发明还对离散滑模控制进行数值仿真。本发明最重要的特征是采用新型压电作动器，有更好的驱动应变，同时机翼翼面能够实现主动控制，从而降低机翼重量、提高机翼可靠性；此外采用离散滑模控制方法设计了离散滑模控制器，有效地抑制了机翼弯曲‑扭转耦合颤振。

技术领域

本发明属飞行控制技术领域，涉及一种压电驱动变形机翼的离散滑模控制方法，具体是一种更接近实际控制系统且具有抗干扰性的压电驱动变形机翼的离散滑模控制方法。

背景技术

所谓机翼颤振，是飞行器在飞行过程中，机翼与空气气流的作用下，机翼在气动力、弹性力和惯性力交互作用下，发生自激振现象；当超过某一临界速度时，细微的扰动会使振动发散，机翼的振幅急剧增加，其导致的后果非常严重，导致机翼损坏甚至飞机解体，威胁飞机安全。机翼颤振是造成飞机失效的主要形式之一，颤振问题也是高速飞行器主要面临的气动问题。机翼颤振抑制方法主要分为被动控制和主动控制。而传统的控制方法主要依靠机翼后缘控制面偏转的方法来抑制颤振，虽然装置结构简单，但是该控制方法需要多次能源转换(机械、液压、电等)，大量零部件增加结构重量和潜在失效率，液压管路网络的高脆弱性，频率带宽限制，控制面偏转角度有限，从而输出控制力有限。近年来，因新型压电材料具有如下众多优点：1)响应速度快、分布灵活、时滞小；2)结构设计简单，不需要复杂的液压管路和机械结构设计，可降低机翼重量和复杂性；3)保持翼面结构完整性；4)驱动和承载一体化，分布灵活、互相不干扰；5)可实现翼面整体的、连续的变形，减小阻力的同时提高升力，综合提高机翼的气动性；而广泛应用于机翼的主动控制。

现有技术采用压电材料作为作动器和传感器，控制方式采用速度反馈控制，属于精确反馈控制，不具有抗干扰能力，同时未考虑系统建模不确定性的因素，且属于连续控制，但在许多实际系统中，连续控制是十分困难的，甚至是难以实现的；而离散控制系统较之一般的连续控制系统具有如下优点：1) 能够保证足够的精度；2)抗干扰性能好，可以提高系统的抗干扰能力；3)可以实现一些模拟控制器难以实现的控制律，特别对复杂的控制过程，如自适应控制、最优控制、智能控制等；4)可以采用分时控制，提高设备的利用率，并且可以采用不同的控制律进行控制。

由此可见，采用响应速度快作用力更强的压电材料为作动器来抑制柔性机翼的颤振很有必要；同时，迫切需要设计一种基于的离散滑模控制方法，获得高品质的控制效果。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种压电驱动变形机翼的离散滑模控制方法，具体是一种更接近实际控制系统且具有抗干扰性的压电驱动变形机翼的离散滑模控制方法。

本发明基于离散滑模控制的控制律，以电压为系统的控制输入，以压电材料为作动器，抑制机翼的颤振。

本发明的一种压电驱动变形机翼的离散滑模控制方法，包括：(a)建立压电抑制机翼颤振的耦合动力学模型；(b)将所述耦合动力学模型根据离散控制和滑模控制，得出压电驱动变形机翼的离散滑模控制控制律；

所述步骤(a)具体为：计算机翼的势能、动能和虚功，所述虚功由气动力和压电作动器做功两部分组成；然后将机翼的势能、机翼的动能和机翼的虚功进行离散化处理，再将处理结果代入方程即得压电抑制机翼颤振的耦合动力学模型；

所述步骤(b)具体为：由离散控制理论将所述压电抑制机翼颤振的耦合动力学模型离散，得出离散滑模面和指数趋近律，简化后即得到离散滑模控制律。

作为优选的技术方案：

如上所述的一种压电驱动变形机翼的离散滑模控制方法，所述压电抑制机翼颤振的耦合动力学模型为