[发明专利]一种用于闭环射流摇滚抑制控制器设计的强化学习平台

说明书

本发明公开了一种用于闭环射流摇滚抑制控制器设计的强化学习平台，该平台包括滚转单自由度虚拟飞行系统、翼面压力感知系统、展向射流激励器控制系统，滚转单自由度虚拟飞行系统是一种带磁编码器的滚转单自由度释放机构，用以安装实验模型，并使其能够在风洞中自由滚转；翼面压力感知系统包括翼面压力孔阵列和采集芯片；展向射流激励器控制系统，包括展向射流激励器以及流量控制系统。本发明利用磁编码器、压力传感器提供高维的观测量，利用射流控制取代传统副翼增强控制效果，为飞行器摇滚控制搭建了一个基于闭环射流控制系统的强化学习平台，为强化学习在大迎角飞行控制上的应用奠定基础。

技术领域

本发明属于大迎角飞行控制领域，特别是一种用于闭环射流摇滚抑制控制器设计的强化学习平台。

背景技术

飞行器在大迎角情况下，非常容易产生摇滚非指令运动，摇滚运动对于要在大迎角完成机动动作的高机动飞行器而言非常危险。

摇滚控制的其中一个难点在于大迎角下舵效变弱，由于飞行器机翼表面流动大面积的分离，致使传统的副翼无法有效改变飞行器的局部升力，舵面对滚转力矩的控制效果表现得很微弱。对于一个后掠翼飞行器而言，展向射流控制方式通过向涡核注入动量推迟流场中涡的破碎，可以有效提高局部升力，因此可以拿来产生显著的滚转力矩，用以取代传统副翼。

摇滚控制的另外一个难点在于控制器的设计，大迎角下飞行器表现出高度非线性的气动特性和非定常的流场特性。因此传统的PID控制器在这一特定迎角范围表现不佳，而基于模型的控制方式又要求为飞行器建立气动力模型，这是目前难以突破的技术瓶颈。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于闭环射流摇滚抑制控制器设计的强化学习平台，用射流激励器取代传统副翼作为控制系统执行器以增强控制效果，采用磁编码器、以及翼面压力监测系统来提供较为充足的环境信息，为强化学习在闭环射流摇滚抑制中的应用提供一个平台，适用于不同飞行器构型。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种用于闭环射流摇滚抑制控制器设计的强化学习平台，包括滚转单自由度虚拟飞行系统、翼面压力感知系统和展向射流激励器控制系统；

所述滚转单自由度虚拟飞行系统是一种带磁编码器的滚转单自由度释放机构，用以安装实验模型，并使其能够在风洞中自由滚转；

所述翼面压力感知系统包括翼面压力孔阵列和采集芯片，在模型表面打好压力孔，压力孔在两侧机翼对称分布，每侧N个压力孔，采集芯片上集成N个差压传感器，将两侧对应的压力孔通过传压气管连接到采集芯片上的差压传感器上；

所述展向射流激励器控制系统包括展向射流激励器以及流量控制系统，展向射流激励器布置在机翼前缘翼根，通过射流，向大迎角下不稳定的涡核注入动量，推迟涡破碎，提高局部升力，从而产生滚转力矩；流量控制系统包含电磁比例阀和二位三通电磁阀，电磁比例阀接收模拟信号控制流量的大小，二位三通电磁阀接收“01”信号，实现气路的转换，在实验过程中左右激励器只有一侧出气。

进一步的，所述滚转单自由度虚拟飞行系统包括自由旋转轴和磁编码器；实验时，自由旋转轴穿过实验模型重心，在无重力回复力矩影响的情况下自由滚转；磁编码器用于获取实验过程中实时的滚转角和滚转角速度，经过预处理生成迎角、迎角速度、侧滑角、侧滑角速度，作为观测量的一部分输送给智能体。

进一步的，所述压力孔对称分布在机翼上表面，其对数与采集芯片上集成的差压传感器数量相等，对于采集系统的差压数值进行无量纲化处理，并乘上无量纲化的力臂大小作为观测量的一部分进行输出。

进一步的，所述展向射流激励器，相对机身轴线对称分布于机翼根部靠前缘位置，出口方向与前缘方向平行。

进一步的，所述流量控制系统主要由气源、电磁比例阀、二位三通直动阀组成，接收一个有符号的控制信号作为输入，根据信号的正负生成布尔类型信号控制二位三通直动阀，以控制从左侧或者右侧出气，根据信号的绝对值生成模拟信号，作用于电磁比例阀，用于控制流量的大小。