阵风载荷减缓主动控制,一般通过传感器采集飞行状态量反馈至控制器,然后控制器计算出控制指令发送到作动器,作动器控制副翼偏转来改变飞行器受力情况从而到达减缓阵风载荷的目的,过程中研究者们往往忽略系统中存在的时滞因素。本文以三自由度二元翼段模型为研究对象,考虑到时滞因素的影响,建立了含时滞反馈的二元翼段阵风载荷减缓气动弹性模型,设计了阵风载荷减缓主动控制器,搭建了二元翼段阵风载荷减缓实验平台,并结合数值仿真与风洞实验验证控制器对阵风载荷减缓效率以及滤波器群时延对阵风载荷减缓的影响,主要研究内容如下。(1)建立了含时滞反馈的二元翼段阵风载荷气动弹性模型。通过拉格朗日方程建立了二元翼段的运动微分方程,结合Theodorsen气动理论、Wagner函数以及Küsser函数推导出了基于非定常气动力机翼的状态方程,考虑到时滞因素的影响,将系统中存在的时滞量引入到系统状态方程,并通过离散化方法将连续系统中的状态方程离散化。(2)针对含时滞的阵风载荷减缓系统设计主动控制器。首先通过离散状态变化法将时滞系统等效的转化为无时滞系统;然后基于最优控制理论设计了两种时滞LQ控制器,基于鲁棒控制理论设计H_∞控制器与μ控制器;最后设计数字滤波器产生群时延来构建系统的滤波与时滞环节。(3)搭建了二元翼段阵风载荷减缓实验平台。测量三自由度二元翼段模型的结构参数,选择光电编码器与激光位移传感器测量飞行状态,以超声电机为驱动控制面的作动器,并开发DSP的PID控制程序来控制超声电机的转动;基于Qt与Python开发上位机软件用于在实验中实现DSP与PC通讯以及实验数据可视化。(4)通过数值仿真与风洞实验相结合的方式验证了二元翼段阵风载荷减缓主动控制系统。在锐边阵风环境下,通过数值仿真对比不同离散化方法对系统方程的离散效果;在谐和阵风环境下,进行数值仿真与风洞实验来验证滤波器群时延对系统阵风载荷减缓的影响以及不同的控制器对阵风载荷减缓效率的影响,并对仿真与实验结果进行分析对比。仿真与实验结果均表明:二元翼段系统中由滤波器产生的群时延会影响阵风载荷减缓的效率,合理的使用数字滤波器降噪可以改善控制系统性能、提高阵风载荷减缓效率,但当滤波器产生的群时延较大时,阵风减缓效率降低,甚至会出现控制器失效的情况。此外基于离散状态变化的时滞LQ控制器比基于输出反馈的LQ控制器对阵风载荷减缓的效率更高。