随机因素下太阳能飞机模型的非线性动力学与全局协同控制方法研究

The nature of the control problem of Solar powered airplane is a complex problem of combination of the aircraft aerodynamic layout characteristics, solar dynamic characteristics, flight environment and mission elements such as planning, decision-making and online integrated real-time control algorithm. The general idea of this project has been proposed about Solar powered airplane Nonlinear Global cooperative control system under random factors, Researching the dynamic characteristics of the solar wing model under random excitation, and establishing the corresponding stochastic model, using analytical methods or numerical methods to study the dynamic response of stochastic models. It is further discussed that the Global cooperative control problem, and design the stochastic optimal and stochastic sliding mode variable structure control achieve the control of stochastic systems. In this project, the solar powered aircraft under stochastic excitation is taken as the research object, and establishing an effective control method，achieving the Solar powered airplane Nonlinear Global cooperative control. If any breakthrough can be made in the study of this problem, not only can it provide an effective way to solve the above problems, but also lay a theoretical foundation for the application of solar energy in other transportation fields in the future.

太阳能飞机模型的非线性动力学的控制问题是一个综合了飞机气动布局特性、太阳能动力特性、飞行环境以及任务等要素的规划、决策与实时控制算法在线综合的复杂问题。本项目提出随机因素下太阳能飞机模型的非线性动力学与全局协同控制的总体设想，研究随机激励下太阳能飞机机翼模型的动力学特性，建立相应的随机模型，利用解析方法或数值方法研究随机模型的动力学响应。进一步讨论全局协同控制问题，设计随机最优、随机滑模变结构等控制方法实现随机系统的控制。本项目将以随机激励下的太阳能飞机为研究对象，建立有效的控制方法，实现太阳能飞机的非线性全局协同控制。如能对该问题的研究取得进展，不仅能够为解决上述问题提供一种有效途径，同时可为未来太阳能在其他交通工具领域的应用研究奠定一定的理论基础。

在该基金的支持下对随机激励下太阳能飞机机翼的复杂动力学响应，从理论上分析其动力学特性，为太阳能飞机的非线性协同控制提供了一定的理论指导和依据。考虑随机因素的影响，研究随机太阳能飞机机翼的的动力学特性，机翼的弹性变形将显著地改变大柔性太阳能无人机的气动弹性稳定性，常规的线性气动弹性稳定性分析方法无法满足这类飞机气动弹性稳定性求解的精度需求。研究弯曲刚度、扭转刚度、弹性轴位置、剖面质心位置及集中载荷在展向的分布等因素，对大柔性太阳能无人机气动弹性稳定性的影响，可以作为大柔性太阳能无人机机翼结构设计的参考依据之一。研究随机激励下太阳能飞机的非线性全局协同控制方法，设计有效的控制器实现飞机飞行姿态控制。考虑随机因素的影响，建立随机激励下太阳能飞机机翼模型，研究了随机太阳能飞机机翼的的动力学特性，准确噪声对系统非线性动力学的演化规律和作用机理，为实现其相关控制提供理论指导。除此之外，本项目还对其他随机动力学问题开展了相关研究，包括建立了随机动力系统的随机平均原理、完善了解的存在唯一性理论，探索了随机噪声对非线性系统动力学响应的作用机理，取得了丰富的研究成果，为后续相关研究工作的开展奠定了良好的基础。本项目应用了设备诊断技术从太阳能飞机大展弦比机翼的变形诊断入手进行分析研究，而变形的症状就是飞行时产生的代表其状态的各种信号。因此，信号采集技术是设备诊断的前提。只有采集到反映设备真实状态的信号，诊断的后续工作才有意义。信号采集技术包括信号的采集和放大，其中传感器的研究是个重点，并已形成专门的传感器技术。