[發(fā)明專利]一種針對(duì)撲翼飛行器的振動(dòng)控制方法及裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610169573.6
• 申請(qǐng)日: 2016-03-23
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN105644784B
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-09-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 賀威;陳宇楠;呂垌;孫長(zhǎng)銀
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京科技大學(xué)
• 主分類號(hào): B64C33/02
• 分類號(hào): B64C33/02
• 代理公司: 北京市廣友專利事務(wù)所有限責(zé)任公司11237
• 代理人: 張仲波

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及自動(dòng)控制技術(shù)領(lǐng)域，特別是指一種針對(duì)撲翼飛行器的振動(dòng)控制方法及裝置。

背景技術(shù)

近年來(lái)，隨著人們對(duì)無(wú)人機(jī)技術(shù)需求的持續(xù)增加，以及先進(jìn)制造技術(shù)、新材料技術(shù)和新能源技術(shù)的飛速發(fā)展，使微型飛行機(jī)器的研究成為技術(shù)熱點(diǎn)。1992年在未來(lái)軍事技術(shù)的研討會(huì)上，美國(guó)國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃局首次提出了較完整的微型飛行器(MAV，Micro Air Vehicles)的概念。MAV是無(wú)人機(jī)中用途廣泛的一個(gè)類別，可用來(lái)在一些特定環(huán)境下視察、監(jiān)督或搜索目標(biāo)。

由于無(wú)人機(jī)在軍用和民用方面的需求增加，設(shè)計(jì)者們力求減輕無(wú)人機(jī)的重量，同時(shí)提高系統(tǒng)的可操作性。因此，目前無(wú)人機(jī)的設(shè)計(jì)廣泛采用重量較輕的柔性機(jī)翼。與剛性機(jī)翼相比較，柔性機(jī)翼主要的優(yōu)點(diǎn)為靈活性高、成本效益好、更加敏捷以及性能好等。然而，靈活的柔性機(jī)翼容易振動(dòng)，產(chǎn)生預(yù)期外的誤差。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種針對(duì)撲翼飛行器的振動(dòng)控制方法及裝置，能夠有效地抑制由外界擾動(dòng)引起的柔性機(jī)翼變形的問(wèn)題。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的實(shí)施例提供一種針對(duì)撲翼飛行器的振動(dòng)控制方法,所述針對(duì)撲翼飛行器的振動(dòng)控制方法包括：

以二自由度的柔性機(jī)翼為研究對(duì)象，計(jì)算系統(tǒng)動(dòng)能、勢(shì)能和虛功；

利用哈密頓原理建立系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型；

根據(jù)所述系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型設(shè)置邊界控制率，所述邊界控制率包括F(t)和M(t)，所述F(t)為邊界控制力輸入，M(t)為邊界扭矩輸入；

根據(jù)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型結(jié)合邊界控制率對(duì)柔性機(jī)翼進(jìn)行控制。

優(yōu)選的，所述以二自由度的柔性機(jī)翼為研究對(duì)象，計(jì)算系統(tǒng)動(dòng)能、勢(shì)能和虛功，包括：

將系統(tǒng)的動(dòng)能E_k(t)表示如下：

其中，空間變量x和時(shí)間變量t是相互獨(dú)立的,m是柔性機(jī)翼的單位展長(zhǎng)質(zhì)量；I_ρ是柔性翼的慣性極距；y(x,t)是xOy坐標(biāo)系中位置x、時(shí)間t處的彎曲位移；θ(x,t)是相應(yīng)的偏轉(zhuǎn)角度位移；

將系統(tǒng)的勢(shì)能E_p(t)表示如下：

其中，EI_b表示抗彎剛度，GJ是扭轉(zhuǎn)剛度；

由以上兩個(gè)剛度產(chǎn)生的虛功δW_c(t)為：

其中x_ec表示機(jī)翼質(zhì)心到彎曲中心的距離；

Kelvin-Voigt阻尼力所做的虛功δW_d(t)為：

其中，η是Kelvin-Voigt阻尼系數(shù)；

分布干擾做的虛功δW_f(t)為：

其中x_ac表示氣動(dòng)中心到彎曲中心的距離；F_b是沿著機(jī)翼方向未知的時(shí)變分布式干擾；

邊界控制力對(duì)系統(tǒng)所做的虛功δW_u(t)為：

δW_u(t)＝F(t)δy(L,t)+M(t)δθ(L,t) (6)

上式中，F(xiàn)(t)是邊界控制力輸入；M(t)是邊界扭矩輸入；

于是，總虛功為：

δW(t)＝δ[W_c(t)+W_d(t)+W_f(t)+W_u(t)] (7)

優(yōu)選的，所述利用哈密頓原理建立系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型，包括：

利用哈密頓平穩(wěn)作用量原理：

此處δ代表變分符號(hào)，求得系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型的控制方程為：

求得系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型的邊界條件為：

y(0,t)＝y(tǒng)′(0,t)＝y(tǒng)″(L,t)＝θ(0,t)＝0 (10)

優(yōu)選的，所述在系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)邊界控制器，包括兩個(gè)控制律：F(t)和M(t)，所述F(t)為邊界控制力輸入，M(t)為邊界扭矩輸入，包括：

構(gòu)造李雅普諾夫候選函數(shù)如下

V(t)＝V₁(t)+Δ(t) (13)

其中，V₁(t)和Δ(t)分別定義為

以上兩式中α和β都是較小的正權(quán)系數(shù)；

通過(guò)使李雅普諾夫候選函數(shù)正定，李雅普諾夫函數(shù)對(duì)時(shí)間t的導(dǎo)數(shù)負(fù)定設(shè)計(jì)邊界控制率。