高超声速飞行器机翼颤振稳定性分析及基于模糊鲁棒自适应的主动控制研究

高超声速飞行器在高速飞行时由于结构和气动非线性的共同作用可能会引起机翼颤振，甚至会导致飞行器解体。高超声速机翼颤振具有复杂的非线性特性，同时考虑到超高速飞行状态及不确定的飞行环境，其机翼颤振必须考虑分叉运动、高超声速非定常气动力的计算以及两者之间的耦合。为了保证飞行器在整个飞行包线内的稳定性和安全性，本申请开展关于高超声速飞行器机翼颤振问题的稳定性分析和基于模糊鲁棒自适应的颤振主动控制研究。其中采用有限元分析方法计算系统参数对颤振临界值和动力学稳定域的影响，并得出颤振失稳的条件和解析解；在不简化和改变机翼颤振本身固有的非线性特性的基础上，基于动态Takagi-Sugeno方法建立高逼近度可适应参数变化的机翼颤振模糊模型，并结合模糊、鲁棒、自适应控制方法开展机翼颤振的主动控制问题研究，为解决高超声速飞行器机翼颤振的主动控制设计和工程实现提供理论和方法的依据。

高超声速飞行器在高速飞行时由于结构和气动非线性的共同作用可能会引起机翼颤振，甚至会导致飞行器解体。为了保证飞行器在整个飞行包线内的稳定性和安全性，开展关于高超声速飞行器机翼颤振问题的稳定性分析和基于模糊鲁棒自适应的颤振主动控制研究具有重要的研究意义。经过三年的研究，我们在以下几个方面获得了具有重要意义和作用的成果： .(1).建立了适用于高超声速飞行器机翼颤振主动控制问题的数学模型和仿真平台，同时考虑结构立方非线性和气动非线性，运用活塞理论分析机翼系统的非定常气动力，根据Hopf分叉理论确定求解二自由度和三自由度二元机翼颤振系统Hopf分叉点的方法。.(2).针对高超声速二自由度和三自由度机翼系统在Hopf分叉点处的复杂响应进行了数值模拟和稳定性分析。仿真表明高超声速飞行器机翼颤振非线性影响突出，呈现出复杂的响应特性，并进一步研究了二自由度系统降维和分叉点类别的判定。.(3). 针对高超声速飞行器的二自由度和三自由度机翼模型，确定了二次型性能指标，并基于LQR方法分别设计了机翼颤振系统的主动控制器，仿真表明控制器能够有效抑制高超声速二元机翼在Hopf分叉点处持续振荡的颤振。.(4)基于T-S模糊方法建立了二自由度机翼模型机翼颤振模糊模型，提出了改进了Levenberg-Marquardt算法对该模型进行训练，仿真表明训练后的模型逼近度高，并可适应参数变化。.(5)针对高超声速机翼颤振系统设计了非线性主动控制器，基于T-S模糊在线逼近机翼颤振系统，设计快速参数自适应律，在线调节模糊逼近参数。仿真表明非线性主动控制器对具有更理想的颤振抑制效果。.该项目完成情况良好，取得了较好的成果，共完成论文27篇，其中SCI、EI收录16篇，出版专著1部，申请专利1项，培养硕士生14名，产出硕士学位论文5篇。本项目的研究成果可对高超声速主动控制系统的工程设计提供理论和方法依据。