[发明专利]一种基于L1自适应控制算法的弹翼主动颤振抑制方法

说明书

本发明涉及一种基于L1自适应控制算法的弹翼主动颤振抑制方法，首先以带有前、后缘控制面的二元翼段作为研究对象，建立二元弹翼的气动弹性系统模型；然后求解出系统的颤振速度，对模型进行了颤振分析；接着针对所建立的二元弹翼的气动弹性系统模型设计L1自适应控制器；最后仿真分析了变后掠角过程中L1自适应控制器的颤振抑制效果。

技术领域

本发明属于弹体控制技术领域，这项技术发明以变体巡飞弹为研究对象，以带有前、后缘控制面的二元翼段为基础建立二元弹翼的气动弹性系统模型，提出一种基于L1自适应控制的算法，在变体巡飞弹变后掠角过程中对弹翼进行主动颤振抑制。

背景技术

传统导弹的舵面比较小，使其具有比较快的速度，可以实现快速攻击目标，但是留空时间比较短，只能攻击已经发现的目标，不具有“二次打击”的能力。随后出现了巡飞弹，巡飞弹是一种可长时间在目标区域上空巡弋、待机执行单种或多种作战任务的新型弹药。巡飞弹可以长时间在目标区域巡航，但是舵面比较大，不适合快速打击目标。

作为小型无人机和导弹结合的产物，变体巡飞弹兼顾二者的优点，与传统的导弹相比，变体巡飞弹的在巡航阶段有较大的舵面，可以低速巡航搜索目标，滞空时间长。一旦发现目标后，变体巡飞弹又可以主动改变外形，减小舵面进行快速打击，使对方难以拦截，可以有效攻击速度较高的机动目标；与无人机相比，变体巡飞弹可以像常规导弹武器一样使用多种平台投放，战术灵活多变，可以快速进入作战区进行部署。作为一类具有巨大发展潜力的新概念武器，已经引起了各大军事强国的注意，逐渐成为了现代化战争的强有力武器之一。

变体巡飞弹在变体过程中，飞行器的气动参数、气动中心、重心及转动惯量等会发生比较大的变化，将会对巡飞弹的稳定性带来很大影响，同时巡飞弹非线性很高，这些都会对飞行控制系统的设计提出很大的挑战。作为一类弹性飞行器，变体巡飞弹也存在气动弹性不稳定现象。当变体巡飞弹的速度达到某一临界值时，弹性结构与气动力发生耦合就可能导致颤振破坏。在变体过程中由于结构的改变，颤振的发生条件也将发生改变。因此变体巡飞弹的颤振抑制就显得尤为重要。

变体巡飞弹在巡航阶段有较大的舵面，低速巡航搜索目标，弹翼是完全展开的，滞空时间长。当发现敌方目标时，变体巡飞弹主动改变外形，增大后掠角收起弹翼，以减小舵面可以快速打击目标，使对方难以拦截。而在变后掠角过程中，飞行器的气动参数、气动中心、重心及转动惯量等会发生比较大的变化，弹性结构与气动力耦合引起颤振的条件也将发生改变，这些对变体巡飞弹的颤振抑制带来了很大的挑战。

发明内容

要解决的技术问题

在巡飞弹变后掠角过程中，飞行器的气动参数、气动中心、重心及转动惯量等会发生比较大的变化，弹性结构与气动力耦合引起颤振的条件也将发生改变，这些对变体巡飞弹的颤振抑制带来了很大的挑战。本发明采用在模型参考自适应算法的基础上改进的L1自适应算法来设计控制器，可以很好的解决以上难题。

技术方案

一种基于L1自适应控制算法的弹翼主动颤振抑制方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：建立弹翼的气动弹性模型为：

式中，h为上下沉浮，α为绕弹性轴俯仰角，β和γ分别为前、后操纵面绕铰链轴转动角，m为单位长度机翼质量，a为1，b为机翼弦长，ρ为空气密度，s为机翼面积，V为来流速度，φ为后掠角，I_a为单位长度机翼转动惯量，k_h、k_a为绕弹性轴沉浮和扭转刚度系数，c_h、c_α为结构沉浮和扭转阻尼项，为机翼攻角；

步骤2：将弹翼的气动弹性模型写为状态空间模型：