[发明专利]一种暂冲式超声速风洞的连续变速压方法

说明书

本发明一种暂冲式超声速风洞的连续变速压方法。该方法的原理是：连续变速压通过连续变总压实现，通过跟踪控制算法实现总压按给定曲线连续变化，从而使速压按照给定曲线变化。本发明的核心是将单神经元网络PID+前馈补偿控制策略作为跟踪控制算法，该方法鲁棒性好，跟踪能力强，能够实现良好的速压跟踪效果。本发明提出的连续变速压方法流程如下：根据试验马赫数和试验要求速压范围确定前室总压初始值及总压变化曲线及变化速率，同时确定相关控制参数；开启主调压阀开始调节前室总压；待前室总压达到初始设定值并稳定后，发送总压变化曲线和总压变化速率，开始连续变总压过程；待总压调节完成后，关闭主调压阀，收集数据，试验完成。

技术领域

本发明属于风洞特种试验领域，涉及到风洞系统运行和压力闭环控制，具体是一种暂冲式超声速风洞的连续变速压方法。

背景技术

风洞是以人工的方式产生并且控制气流，用来模拟飞行器或实体周围气体的流动情况，并度量气流对实体的作用效果的实验设备，是进行空气动力实验最常用、最有效的工具之一。本发明针对一类超声速风洞开展研究。图1给出了一种超声速风洞的总体布局，其核心包括气源、主调压阀、前室、喷管、试验段、扩散段和引射器。

对于超声速风洞，流场马赫数由喷管喉道和试验段面积比确定，只要风洞前室总压高于一定值，流场即可建立，且马赫数不变。常规试验中，前室总压由主调压阀调节维持在恒定值。但对于一类机翼颤振特种试验，马赫数确定的情况下，不同速压导致的机翼抖动情况是试验关注的重点，故获取连续不同速压下的试验数据是试验要求。改变速压可以通过改变前室总压或试验段静压实现。其中，改变静压需要驻室抽吸系统，实现困难，故本发明采用改变总压的方式改变速压。

目前，鲜有文献专利针对风洞的连续变速压/总压技术开展研究。马赫数固定的情况下，总压和速压存在如下线性关系：p₀＝0.7Ma²·p_v，其中p₀代表前室总压，Ma代表马赫数，p_v代表速压。可见速压的精确线性控制实际上转换为了前室总压的精确线性控制。而当前传统PID控制对于未知干扰的鲁棒性不足，同时对于时变控制目标的跟踪能力也难言优秀。基于此，本发明开展基于单神经元PID+前馈补偿控制策略的连续变速压方法研究，使连续变速压性能指标达到飞机机翼颤振试验的要求。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出了一种暂冲式超声速风洞的连续变速压方法，该方法通过连续改变前室总压实现连续变速压，可实现速压的高精度线性跟踪。

本发明的技术解决方案为：一种暂冲式超声速风洞的连续变速压方法，包括下列步骤：

步骤1：根据风洞试验给定马赫数Ma确定给定前室总压初始值p_0ini，并预置主调压阀开度a₀＝f₀(Ma)，其中f₀(·)是由历史吹风数据拟合得到的以Ma为自变量的函数。

步骤2：根据试验速压要求变化范围和变化轨迹，确定总压曲线p_0g(k)和总压变化速率v_p，并确定算法参数。其中，k代表不同控制周期，即控制目标不是恒定值，且满足给定总压曲线初始值p_0g(0)等于步骤1所得的所述给定前室总压初始值p_0ini；算法参数包括神经元比例系数为K，积分、比例、微分的学习速率系数η_I、η_P和η_D。

步骤3：开启主调压阀。

步骤4：根据步骤1所得的所述的前室总压初始值p_0ini和气压传感器实时测量的前室总压p₀(k)，利用单神经元网络PID+前馈补偿控制律计算主调压阀控制输出电压u(k)，此时执行机构驱动调压阀运动，进行前室总压闭环调节。