一种弹性飞翼布局飞机阵风减缓控制器参数优化方法技术

本发明专利技术涉及一种弹性飞翼布局飞机阵风减缓控制器参数优化方法，属于飞机气动弹性设计领域。所述方法包括首先选择作为阵风减缓控制器输入的若干个机体运动量，以及确定阵风减缓控制器的通道个数；之后构建由滤波器阻尼系数构成的滤波器表达式，并由所述滤波器表达式与所述机体运动量输入信号的控制增益参数建立所述阵风减缓控制器的传递函数矩阵；最终通过多目标优化问题，设置若干个优化目标，优化待求参数，所述待求参数包括所述滤波器阻尼系数及所述控制增益参数，通过该方法保留对飞机阵风响应贡献较大的模态振动信息进入控制回路，在确保阵风减缓效果的同时，有效降低发生不利气动伺服弹性耦合的概率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于飞机气动弹性设计领域，属飞机气动弹性主动控制范畴，尤其涉及一种弹性飞翼式布局飞机阵风减缓设计方法。
技术介绍
飞翼布局飞机翼载小，对阵风扰动非常敏感，特别当飞机尺寸和重量增加，结构固有振动频率降低后，阵风扰动更易激励起低频弹性振动，致使结构所承受的阵风载荷进一步增大，因此对于大型飞翼布局飞机，在进行阵风减缓设计时，必须考虑结构弹性的影响。飞翼布局飞机的升降副翼偏转不仅改变翼面升力分布，同时还会产生较大的俯仰力矩变化，如何确定各控制通道的反馈增益，确保飞机姿态稳定的同时减缓阵风扰动产生的结构附加载荷，对于飞翼布局实现阵风减缓至关重要。此外，当考虑结构弹性影响后，还必须确保飞机与阵风减缓系统所组成的结构-控制耦合回路拥有合理的气动伺服弹性(ASE)稳定裕度。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提供了一种弹性飞翼布局飞机阵风减缓控制器参数优化方法，将阵风减缓设计转化为多目标优化问题，基于气动伺服弹性稳定裕度修正个体适应度，建立改进的多目标非支配排序遗传-阵风减缓算法(NSGA-II_GLA算法)优化控制器反馈增益参，确保飞机气动伺服弹性稳定裕度满足GJB67.7A—2008要求的同时，改善飞机的阵风响应特性，实现阵风载荷减缓，提高控制器参数设计效率，其主要包括以下步骤:S1、选择作为阵风减缓控制器输入的若干个机体运动量；S2、确定阵风减缓控制器的通道个数；S3、计算无控飞机的任一机体运动量对连续阵风输入的功率谱密度函数，并在所述功率谱密度函数对应的功率谱密度曲线中自起始点开始选择至少一
个峰值；S4、对所述阵风减缓控制器的任一通道，构建在前一步所选峰值的峰值频率下由滤波器阻尼系数构成的滤波器表达式；S5、由所述滤波器表达式与所述机体运动量输入信号的控制增益参数建立所述阵风控制减缓控制器的传递函数矩阵；S6、根据所述传递函数矩阵设置若干个优化目标，优化待求参数，所述待求参数包括所述滤波器阻尼系数及所述控制增益参数。优选的是，所述机体运动量包括飞机的俯仰角速率ωy、重心过载以及翼尖过载在上述方案中优选的是，对进入任意第m个控制通道的任意第k个机体运动量rk，选择nk个峰值频率其中j＝1,…,nk，设计nk个滤波器，所述滤波器表达式为： G m j r k ( s ) = ( s ω j r k ) 2 + s ω j r k + 1 ( s ω j r k ) 2 + ζ m j r k s ω j r k + 1 , j = 1 , 2 , ... , n k ]]>其中，s为拉普拉斯算子，为滤波器阻尼系数。在上述方案中优选的是，在步骤S6中，所述优化目标包括使有控飞机翼根弯矩响应的均方根值最小、有控飞机俯仰角速率响应的均方根值最小以及使最大舵偏角均方根值最小情况下的优化参数组合。在上述方案中优选的是，在步骤S6中，所述优化过程包括：T1、随机生成第一代染色体种群P0，染色体为优化变量X；T2、计算P0中个体的优化目标的函数值，并根据个体的幅值和相位裕度设计罚函数，修正个体适应度；T3、将P0中个体按照其适应度进行非支配排序，计算同一非支配层级中个体拥挤度；T4、从P0中优先选择非支配层级编号小的个体生成新种群P1，所述P1种群内个体数目为P0内个体数目的一半；T5、对种群P1中的个体进行交叉、变异操作，生成个体规模与P0相同的新种群Q0；T6、计算种群Q0中个体的目标函数值，采用步骤T2的方法计算种群Q0中个体的适应度；T7、种群P0和Q0合并组成新种群Q1，对Q1中的个体进行非支配排序和并计算个体拥挤度，并优先选择Q1中的个体的非支配层级编号小的个体生成新种群Q2，所述Q2种群内个体数目与P0内的个体数目相同；T8、重复步骤T3-T7，直至达到给定的最大进化代数，优化出待求参数。在上述方案中优选的是，在步骤T2中，根据个体XΔ对幅值和相位裕度的满足程度，设计罚函数和公式包括： R Δ m a g = 0 G m min ≥ 6 d B本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种弹性飞翼布局飞机阵风减缓控制器参数优化方法，其特征在于,包括:S1、选择作为阵风减缓控制器输入的若干个机体运动量；S2、确定阵风减缓控制器的通道个数；S3、计算无控飞机的任一机体运动量对连续阵风输入的功率谱密度函数，并在所述功率谱密度函数对应的功率谱密度曲线中自起始点开始选择至少一个峰值；S4、对所述阵风减缓控制器的任一通道，构建在前一步所选峰值的峰值频率下由滤波器阻尼系数构成的滤波器表达式；S5、由所述滤波器表达式与所述机体运动量输入信号的控制增益参数建立所述阵风控制减缓控制器的传递函数矩阵；S6、根据所述传递函数矩阵设置若干个优化目标，优化待求参数，所述待求参数包括所述滤波器阻尼系数及所述控制增益参数。

【技术特征摘要】
1.一种弹性飞翼布局飞机阵风减缓控制器参数优化方法，其特征在于,包括:S1、选择作为阵风减缓控制器输入的若干个机体运动量；S2、确定阵风减缓控制器的通道个数；S3、计算无控飞机的任一机体运动量对连续阵风输入的功率谱密度函数，并在所述功率谱密度函数对应的功率谱密度曲线中自起始点开始选择至少一个峰值；S4、对所述阵风减缓控制器的任一通道，构建在前一步所选峰值的峰值频率下由滤波器阻尼系数构成的滤波器表达式；S5、由所述滤波器表达式与所述机体运动量输入信号的控制增益参数建立所述阵风控制减缓控制器的传递函数矩阵；S6、根据所述传递函数矩阵设置若干个优化目标，优化待求参数，所述待求参数包括所述滤波器阻尼系数及所述控制增益参数。2.如权利要求1所述的弹性飞翼布局飞机阵风减缓控制器参数优化方法，其特征在于,所述机体运动量包括飞机的俯仰角速率ωy、重心过载以及翼尖过载3.如权利要求1所述的弹性飞翼布局飞机阵风减缓控制器参数优化方法，其特征在于,对进入任意第m个控制通道的任意第k个机体运动量rk，选择nk个峰值频率其中j＝1,…,nk，设计nk个滤波器，所述滤波器表达式为： G m j r k ( s ) = ( s ω j r k ) 2 + s ω j r k + 1 ( s ω j r k ) 2 + ζ m j r k s ω j r k + 1 , j = 1 , 2 , ... , n k ]]>其中，s为拉普拉斯算子，为滤波器阻尼系数。4.如权利要求1所述的弹性飞翼布局飞机阵风减缓控制器参数优化方法，其特征在于,在步骤S6中，所述优化目标包括使有控飞机翼根弯矩响应的
\t均方根值最小、有控飞机俯仰角速率响应的均方根值最小以及使最大舵偏角均方根值最小情况下的优化参数组合。5.如权利要求1所述的弹性飞翼布局飞机阵风减缓控制器参数优化方法，其特征在于,在步骤S6中，所述优化过程包括：T1、随机生成第一代染色体种群P0，染色体为优化变量X；T2、计算P0中个体的优化目标的函数值，并根据个体的幅值和相位裕度设计罚函数，修正个体适应度；T3、将P0中个体按照其适应度进行非支配排序，计算同一非支配层级中个体拥挤度；T4、从P0中优先选择非支配层级编号小的个体生成新种群P1，所述P1种群内个体数目为P0内个体数目的一半；T5、对种群P1中的个体进行交叉、变异操作，生成个体规模与P0相同的新种群Q0；T6、计算种群Q0中个体的目标函数值，采用步骤T2的方法计算种群Q0中个体的适应度；T7、种群P0和Q0合并组成新种群Q1，对Q1中的个体进行非支配排序和并计算个体拥挤度，并优先选择Q1中的个体的非支配层级编号小的个体生成新种群Q2...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒲利东，张红波，高怡宁，程芳，张庚庚，
申请(专利权)人：中国航空工业集团公司西安飞机设计研究所，
类型：发明
国别省市：陕西;61