[发明专利]大型开口射流风洞超声速定总压连续变马赫数控制方法

说明书

本发明公开了一种大型开口射流风洞超声速定总压连续变马赫数控制方法。该控制方法采用总压前馈‑反馈的复合控制策略，前馈控制基于风洞调压阀调压特性曲线簇，根据风洞运行过程中实时喷管型面马赫数和气源压力，计算出喷管型面及气源压力变化所需的调压阀位移的补偿量，消除喷管型面变化和气源压力下降对总压带来的较大干扰；反馈控制采用增量式PID控制，根据总压的实时反馈，不断调节调压阀位移，实现总压闭环控制，抑制风洞运行过程中的随机干扰。该控制方法能够有效消除或抑制大型开口射流风洞超声速连续变马赫数试验过程中喷管型面和气源压力变化对总压控制造成的干扰，提高了总压控制的精准度、快速性及鲁棒性。

技术领域

本发明属于风洞试验技术领域，具体涉及一种大型开口射流风洞超声速定总压连续变马赫数控制方法。

背景技术

大型开口射流风洞超声速连续变马赫数试验过程中，稳定段总压控制难度大，在控制上存在两个外部干扰：一是连续变马赫数时风洞喷管型面变化引起的稳定段总压的较大波动。二是风洞试验运行时气源压力的快速下降，引起调压阀进气流量降低，导致稳定段总压的快速下降。从控制理论角度来说，这两种干扰都是斜坡干扰，其扰动的幅值随时间持续变化。传统的稳定段总压反馈闭环控制策略，可以有效抑制阶跃干扰，但是对于上述两种斜坡干扰的抗扰能力较差，稳定段总压控制存在较大稳态误差。虽然经典的PID控制，可以通过提高积分系数来减少斜坡干扰带来稳态误差，但是积分系数的增大容易总成总压控制振荡和发散，严重时，会给风洞设备和试验模型带来安全风险。

当前，亟需发展一种同时解决两种外部干扰的大型开口射流风洞超声速定总压连续变马赫数控制方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种大型开口射流风洞超声速工况下定总压连续变马赫数控制方法。

本发明的大型开口射流风洞超声速定总压连续变马赫数控制方法，包括以下步骤：

S1.获取风洞主气流调压阀特性曲线簇；

通过理论分析，或根据实际运行测试，获得该风洞连续变马赫数范围内一定马赫数间隔的调压阀阀门特性曲线簇；

S2.风洞试验准备；

确定相关试验流程和试验参数，试验参数包括初始马赫数、最终马赫数、目标总压；风洞喷管型面置于初始马赫数所对应的型面；

S3.风洞充压；

以开环控制方式将调压阀打开至预置开度，预置开度根据初始马赫数、当前气源压力、以及获取初始马赫数的阀门特性曲线；待风洞实际总压达到目标总压的90%~98%时，风洞充压完成；

S4.总压和气源压力采集；

风洞试验过程中，风洞控制程序持续采集气源压力和稳定段总压；得到的气源压力和稳定段总压进行滑动平均值滤波，得到准确的滤波后的气源压力和稳定段总压；

S5.总压复合控制；

将风洞充压的开环控制方式转换为总压复合控制，即总压前馈+反馈的复合控制模式，按照总压复合控制算法计算调压阀目标阀位，分为前馈控制部分和增量PID控制部分；

前馈控制部分包括以下计算步骤：

S51.根据喷管控制系统反馈的喷管实时型面马赫数，预测下个控制周期喷管型面马赫数；

；

式中，表示前一个控制周期，表示当前控制周期，表示下一个控制周期；

S52.风洞试验参数库中保存有若干试验马赫数Ma对应的阀门特性曲线簇；通过插值计算对应的阀门调压特性曲线，对应的阀门调压特性曲线；

根据当前滤波后的气源压力，预测下个控制周期滤波后的气源压力：