[發明專利]低溫風洞流場自抗擾控制方法

有效

• 申請號: 201911012023.3
• 申請日: 2019-10-23
• 公開（公告）號: CN110763420B
• 公開（公告）日: 2021-05-04
• 發明（設計）人: 劉為杰;何帆;秦建華;朱文杰;詹健
• 申請（專利權）人: 中國空氣動力研究與發展中心高速空氣動力研究所
• 主分類號: G01M9/00
• 分類號: G01M9/00
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產權代理有限公司 51214
• 代理人: 管高峰

1.一種低溫風洞流場自抗擾控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1.建立低溫風洞流場數學模型：建立低溫風洞的流場調節機構與流場參數之間的傳遞函數，不考慮流場調節機構和流場參數之間的耦合關系；所述流場調節機構包括液氮流量調節閥、氮氣排氣閥和風機，所述流場參數包括低溫風洞的總溫、總壓和馬赫數；

S2.設計自抗擾控制器：自抗擾控制器通過流場調節機構來控制流場參數，所述自抗擾控制器包括擴張狀態觀測器和狀態誤差反饋控制器，所述擴張狀態觀測器將包括調節機構和流場參數之間的耦合在內的干擾因素視為總擾動估算出來，并補償到狀態誤差反饋控制器中，實現流場的解耦控制；

步驟S1中，將低溫風洞流場多變量耦合系統視為三個單輸入單輸出系統，建立液氮流量調節閥開度與總溫、氮氣排氣閥開度與總壓、風機轉速與馬赫數之間的傳遞函數；根據機理分析建模方法得到低溫風洞的流場集中參數模型，忽略流場集中參數模型中的耦合通道，并忽略總壓通道中系數較小項α/(Tθ)，則流場集中參數模型簡化為三個單輸入單輸出系統：

其中，T為總溫，M為試驗段馬赫數，P為總壓，A_L為液氮流量調節閥開度，N為風機轉速，A_g為氮氣排氣閥開度；s為Laplace算子，α為氮氣制冷系數，β為液氮制冷系數，θ為風洞熱質量，K_L為液氮最大注入流量，K_m＝597(1-0.3M)P^-0.035，K_g為氮氣排氣閥增益，W_g為洞體內氮氣質量，t_m為洞體金屬時間常數，t_g為氮氣時間常數，t_p為風機轉速時間常數，τ_L為液氮分子傳遞時間，τ_a為風機葉片到軸承的聲波時差。

2.根據權利要求1所述的低溫風洞流場自抗擾控制方法，其特征在于，步驟S2中，根據所述三個單輸入單輸出系統，分別設計三個自抗擾控制器。

3.根據權利要求1所述的低溫風洞流場自抗擾控制方法，其特征在于，對于n階自抗擾控制，擴張狀態觀測器由下式構成：

其中，b₀和ω_o為自抗擾控制器的待整定參數。

4.根據權利要求3所述的低溫風洞流場自抗擾控制方法，其特征在于，對于n階自抗擾控制，狀態誤差狀態反饋控制器由下式構成：

其中，b₀和ω_c為自抗擾控制器的待整定參數。

5.根據權利要求1所述的低溫風洞流場自抗擾控制方法，其特征在于，根據式(1)，若忽略時滯環節和液氮流量調節閥開度與總溫的傳遞函數的階數為2，則采用二階自抗擾控制器；氮氣排氣閥開度與總壓的傳遞函數、風機轉速與馬赫數的傳遞函數的階數均為1，則采用一階自抗擾控制器。