[發(fā)明專利]一種結(jié)構(gòu)陷幅濾波器參數(shù)確定方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711174107.8
• 申請(qǐng)日: 2017-11-22
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108009325B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-09-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 蒲利東;嚴(yán)澤洲;羅務(wù)揆;張紅波
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)航空工業(yè)集團(tuán)公司西安飛機(jī)設(shè)計(jì)研究所
• 主分類號(hào): G06F30/15
• 分類號(hào): G06F30/15;G06F30/20
• 代理公司: 北京航信高科知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11526
• 代理人: 高原

1.一種結(jié)構(gòu)陷幅濾波器參數(shù)確定方法，用于改善飛機(jī)氣動(dòng)伺服彈性的穩(wěn)定性，其特征在于，包括：

步驟一：選擇設(shè)計(jì)點(diǎn)，建立忽略剛體運(yùn)動(dòng)與彈性振動(dòng)之間耦合效應(yīng)的氣動(dòng)伺服彈性分析模型，所述建立的氣動(dòng)伺服彈性分析模型G_ASE(s)為：

G_ASE(s)＝G_ACT(s)·[G_SAS(s)]·[G_s(s)]·[G_AR(s)+G_AE(s)]

式中：s為L(zhǎng)aplace算子，G_ACT(s)為舵面作動(dòng)器傳遞函數(shù)；[G_SAS(s)]為飛行控制系統(tǒng)增穩(wěn)控制環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)矩陣；[G_s(s)]為飛行控制系統(tǒng)傳感器環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)矩陣；[G_AR(s)]為飛機(jī)環(huán)節(jié)忽略彈性運(yùn)動(dòng)自由度的傳遞函數(shù)矩陣，[G_AE(s)]為飛機(jī)環(huán)節(jié)忽略剛體運(yùn)動(dòng)自由度的傳遞函數(shù)矩陣；

步驟二：對(duì)飛行控制系統(tǒng)增穩(wěn)控制環(huán)節(jié)的反饋輸入信號(hào)的耦合貢獻(xiàn)度進(jìn)行分析，確定各反饋輸入信號(hào)通道所需增加結(jié)構(gòu)陷幅濾波器的數(shù)目，以及反饋輸入信號(hào)通道所增加的結(jié)構(gòu)陷幅濾波器的頻率參數(shù)，包括：

首先，依次計(jì)算飛機(jī)響應(yīng)信號(hào)y_j＝0(j＝1,2,...,m)時(shí)，氣動(dòng)伺服彈性系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)頻響函數(shù)

之后，令s＝iω，其中i為虛數(shù)符號(hào)，ω為圓頻率，繪制開(kāi)環(huán)頻響函數(shù)在頻率區(qū)間ω∈[ω_Es,ω_Ee]內(nèi)的幅頻曲線，若開(kāi)環(huán)頻響函數(shù)幅頻曲線中的響應(yīng)峰值均小于-XdB，則響應(yīng)信號(hào)y_j對(duì)G_ASE(s)的耦合貢獻(xiàn)度低，忽略不計(jì)，記n_j＝0；反之，若開(kāi)環(huán)頻響函數(shù)幅頻曲線中存在n_j個(gè)響應(yīng)峰大于-XdB，則反饋信號(hào)y_j的耦合貢獻(xiàn)不可忽略，該信號(hào)通道中需設(shè)置n_j個(gè)結(jié)構(gòu)陷幅濾波器，并獲得響應(yīng)峰所對(duì)應(yīng)的頻率參數(shù)值其中：X為所要求的氣動(dòng)伺服彈性幅值穩(wěn)定裕度，ω_Es和ω_Ee分別為飛機(jī)彈性模態(tài)頻率區(qū)間的上、下界；

步驟三：建立結(jié)構(gòu)陷幅濾波器參數(shù)優(yōu)化模型，包括：

首先，若n_j0，則依次在各反饋信號(hào)y_j通道增加n_j個(gè)結(jié)構(gòu)陷幅濾波器

之后，在原氣動(dòng)伺服彈性系統(tǒng)模型的反饋信號(hào)進(jìn)入增穩(wěn)控制環(huán)節(jié)前，串入結(jié)構(gòu)陷幅濾波器，得到更新后的氣動(dòng)伺服彈性系統(tǒng)模型

最后，將結(jié)構(gòu)陷幅濾波器參數(shù)的確定轉(zhuǎn)換為優(yōu)化問(wèn)題

其中：x為由結(jié)構(gòu)陷幅濾波器頻率與阻尼參數(shù)組成的優(yōu)化變量；優(yōu)化目標(biāo)f(x)為增加結(jié)構(gòu)陷幅濾波器后，飛機(jī)在彈性頻段的最大響應(yīng)峰值與要求的氣動(dòng)伺服彈性幅值穩(wěn)定裕度之和；設(shè)計(jì)約束g(x)為增加結(jié)構(gòu)陷幅濾波器之后，飛機(jī)在剛體運(yùn)動(dòng)頻段的頻響特性相對(duì)改變量；

x＝[ζ₁ ζ₂ … ζ_m]

為j個(gè)反饋信號(hào)通道中所串入的第個(gè)結(jié)構(gòu)陷幅濾波器的阻尼參數(shù)，其設(shè)計(jì)域定義如下：

ω_Es和ω_Ee分別為飛機(jī)彈性模態(tài)頻率區(qū)間的上、下界；ω_Rs和ω_Re分別為飛機(jī)剛體模態(tài)頻率區(qū)間的上、下界；X為所要求的氣動(dòng)伺服彈性幅值穩(wěn)定裕度；Δ為在原氣動(dòng)伺服彈性系統(tǒng)模型中增加結(jié)構(gòu)陷幅濾波器后，所允許的飛機(jī)剛體頻段頻響相對(duì)改變量；S_O和S_N加入陷幅濾波器前、后，剛體模態(tài)頻率區(qū)間內(nèi)，ASE系統(tǒng)開(kāi)環(huán)頻響函數(shù)曲線繞復(fù)平面原點(diǎn)所形成曲邊扇形面積；

步驟四：通過(guò)改進(jìn)遺傳算法求解步驟三中所建立的結(jié)構(gòu)陷幅濾波器參數(shù)優(yōu)化模型參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，過(guò)程包括：

第一：隨機(jī)生成第一代染色體種群P₀，染色體為優(yōu)化變量x；

第二：計(jì)算P₀中個(gè)體目標(biāo)函數(shù)值，設(shè)計(jì)罰函數(shù)修正個(gè)體適應(yīng)度；

2.1)計(jì)算P₀中第p個(gè)體x_p對(duì)應(yīng)的目標(biāo)函數(shù)值f(x_p)

2.2)計(jì)算個(gè)體x_p對(duì)應(yīng)的約束函數(shù)值:△_p＝g(x_p)

2.3)設(shè)計(jì)罰函數(shù)χ，并根據(jù)個(gè)體x_p對(duì)約束的滿足程度求解罰函數(shù)值

2.4)利用罰函數(shù)修正目標(biāo)函數(shù)，得到對(duì)應(yīng)個(gè)體x_p的適應(yīng)度

f′(x_p)＝-[f(x_p)+χ(x_p)]

第三：將P₀中的個(gè)體按照其適應(yīng)度進(jìn)行排序；

第四：采用規(guī)模為2的隨機(jī)聯(lián)賽選擇方法，從P₀中選擇適應(yīng)度高的個(gè)體填充至種群P₁，直至種群P₁中染色體數(shù)目等于P₀中染色體數(shù)目的一半；

第五：對(duì)種群P₁中的個(gè)體進(jìn)行交叉、變異操作，生成個(gè)體規(guī)模與P₀相同的新種群Q₀；

第六：計(jì)算種群Q₀中個(gè)體的目標(biāo)函數(shù)值，采用第二中計(jì)算種群Q₀中個(gè)體的適應(yīng)度，并完成排序；

第七：種群P₀和Q₀合并組成新種群Q₁，計(jì)算Q₁中的個(gè)體的適應(yīng)度并進(jìn)行排序；

第八：采用規(guī)模為2的隨機(jī)聯(lián)賽選擇方法，從Q₁中選擇適應(yīng)度高的個(gè)體填充至種群Q₂，直至種群Q₂中染色體數(shù)目與P₀中染色體數(shù)目相同；

第九：判斷是否達(dá)給定的最大進(jìn)化代數(shù),達(dá)到則算法結(jié)束,否則令P₀＝Q₂，轉(zhuǎn)到第三；

步驟五：計(jì)算得到步驟三中的優(yōu)化問(wèn)題的最優(yōu)個(gè)體，選擇最優(yōu)個(gè)體對(duì)應(yīng)的優(yōu)化變量值作為結(jié)構(gòu)陷幅濾波器器參數(shù)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)陷幅濾波器參數(shù)確定方法，其特征在于，步驟一中設(shè)計(jì)點(diǎn)選擇飛行包線內(nèi)任一點(diǎn)即可。