一种气动伺服弹性混合建模方法

标题：一种气动伺服弹性混合建模方法

摘要：本发明属于气动伺服弹性领域，涉及一种气动伺服弹性建模方法。通过试验数据建立结构模型，计算建立气动弹性运动模型和控制模型，客观上降低了模型自由度，提高了计算效率。

申请号：CN201611161879.3

申请日：2016/12/15

申请人：中国航空工业集团公司西安飞机设计研究所

首项权利要求：一种气动伺服弹性混合建模方法，其特征在于，所述的方法包括如下步骤：(1)选取n个测试点作为结构自由度，建立结构模型，进行全机地面共振试验，测量模态频率ω、模态振型Φh、模态阻尼Chh、模态质量Mhh；(2)根据测得的模态质量Mhh和模态频率ω求出模态刚度Khh；Khh＝ω2Mhh(3)根据试验模型在其结构自由度上建立控制面模态Φc；(4)根据模态振型Φh与模态质量Mhh计算结构自由度上的质量Mg；Mg=Φ kMkkΦ kT(5)根据结构模态Φh与控制面模态Φc以及质量Mg求解结构模态与控制面模态之间的耦合质量Mhc；Mkc=Φ kTMgΦ c(6)建立结构运动方程：Mkkξ · · +Ckkξ · +Kkkξ +Mkcδ · · =0式中分别表示广义结构位移与控制面偏转；(7)根据试验得到的模态数据，利用流场求解器或其它数值计算方法计算非定常气动力，并识别出广义气动力矩阵Qh(s)；Qk(s)=A0+LVA1s+L2V2A2s2+D(sI-VLR)-1Es式中Qh＝[Qhh?Qhc]，An＝[Ahhn?Ahcn](n＝0, 1, 2)，E＝[Eh?Ec]。L为参考长度，V为气流速度，s为拉普拉斯变量；(8)利用拟合的广义气动力矩阵Qh(s)得到广义气动力fa；fa=q∞ Qhq=q∞ (A0+LVA1s+L2V2A2s2+D(Is-VLR)-1Es)q式中q∞表示来流动压，q为广义位移，q＝[ξ?δ]T，包括广义结构位移ξ和舵面偏转δ；(9)取气动力状态变量：xa(s)=(Is-VLR)-1Eqssxa(s)=VLRxa(s)+Eqs转化到时域空间：x· a=VLRxa+Eq· 时域广义气动力可以写成：fa=q∞ Qhq=q∞ (A0q+LVA1q· +L2V2A2q· · +Dxa)(10)建立气动弹性运动方程：(Mhh+q∞ L2V2Ahh2)ξ · · +(Chh+q∞ LVAhh1)ξ · +(Khh+q∞ Ahh0)ξ +(Mhc+q∞ L2V2Ahc2)δ · · +q∞ LVAhc1δ · +q∞ Akc0δ +Dxa=0(11)将气动弹性方程写成状态空间形式：x· ae(t)=Aaexae(t)+Baeuae(t)yae(t)=Caexae(t)+Daeuae(t)式中(12)根据试验测得舵机的频响函数，得到舵机状态方程：x· act(t)=Aactxact(t)+Bactuact(t)(13)由于xact＝uae，被控对象(plant)的状态方程可以用下式表示：x· p(t)=Apxp(t)+Bpup(t)yp(t)=Cpxp(t)+Dpup(t)式中Cp＝[Cae?Dae]，Dp＝0；(14)考虑控制系统状态方程，可以由仿真模型得到：x· c(t)=Acxc(t)+Bcuc(t)yc(t)=Ccxc(t)+Dcuc(t)(15)建立被控对象与控制系统的开环传递函数：x· o(t)=Aoxo(t)+Bouo(t)yo(t)=Coxo(t)+Douo(t)式中Co＝[DcCp?Cc]，Do＝DcDp；(16)将状态空间方程转化为频响函数：H(s)＝Co(sI-Ao)-1Bo+Do绘制Bode图与Nyquist图，可以进行稳定性分析与稳定裕度分析。

专利类型：发明申请