[发明专利]一种结构陷幅滤波器参数确定方法

权利要求书

1.一种结构陷幅滤波器参数确定方法，用于改善飞机气动伺服弹性的稳定性，其特征在于，包括：

步骤一：选择设计点，建立忽略刚体运动与弹性振动之间耦合效应的气动伺服弹性分析模型，所述建立的气动伺服弹性分析模型G_ASE(s)为：

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

式中：s为Laplace算子，G_ACT(s)为舵面作动器传递函数；[G_SAS(s)]为飞行控制系统增稳控制环节的传递函数矩阵；[G_s(s)]为飞行控制系统传感器环节的传递函数矩阵；[G_AR(s)]为飞机环节忽略弹性运动自由度的传递函数矩阵，[G_AE(s)]为飞机环节忽略刚体运动自由度的传递函数矩阵；

步骤二：对飞行控制系统增稳控制环节的反馈输入信号的耦合贡献度进行分析，确定各反馈输入信号通道所需增加结构陷幅滤波器的数目，以及反馈输入信号通道所增加的结构陷幅滤波器的频率参数，包括：

首先，依次计算飞机响应信号y_j＝0(j＝1,2,...,m)时，气动伺服弹性系统的开环频响函数

之后，令s＝iω，其中i为虚数符号，ω为圆频率，绘制开环频响函数在频率区间ω∈[ω_Es,ω_Ee]内的幅频曲线，若开环频响函数幅频曲线中的响应峰值均小于-XdB，则响应信号y_j对G_ASE(s)的耦合贡献度低，忽略不计，记n_j＝0；反之，若开环频响函数幅频曲线中存在n_j个响应峰大于-XdB，则反馈信号y_j的耦合贡献不可忽略，该信号通道中需设置n_j个结构陷幅滤波器，并获得响应峰所对应的频率参数值其中：X为所要求的气动伺服弹性幅值稳定裕度，ω_Es和ω_Ee分别为飞机弹性模态频率区间的上、下界；

步骤三：建立结构陷幅滤波器参数优化模型，包括：

首先，若n_j0，则依次在各反馈信号y_j通道增加n_j个结构陷幅滤波器

之后，在原气动伺服弹性系统模型的反馈信号进入增稳控制环节前，串入结构陷幅滤波器，得到更新后的气动伺服弹性系统模型

最后，将结构陷幅滤波器参数的确定转换为优化问题

其中：x为由结构陷幅滤波器频率与阻尼参数组成的优化变量；优化目标f(x)为增加结构陷幅滤波器后，飞机在弹性频段的最大响应峰值与要求的气动伺服弹性幅值稳定裕度之和；设计约束g(x)为增加结构陷幅滤波器之后，飞机在刚体运动频段的频响特性相对改变量；

x＝[ζ₁ ζ₂ … ζ_m]

为j个反馈信号通道中所串入的第个结构陷幅滤波器的阻尼参数，其设计域定义如下：

ω_Es和ω_Ee分别为飞机弹性模态频率区间的上、下界；ω_Rs和ω_Re分别为飞机刚体模态频率区间的上、下界；X为所要求的气动伺服弹性幅值稳定裕度；Δ为在原气动伺服弹性系统模型中增加结构陷幅滤波器后，所允许的飞机刚体频段频响相对改变量；S_O和S_N加入陷幅滤波器前、后，刚体模态频率区间内，ASE系统开环频响函数曲线绕复平面原点所形成曲边扇形面积；

步骤四：通过改进遗传算法求解步骤三中所建立的结构陷幅滤波器参数优化模型参数进行优化，过程包括：

第一：随机生成第一代染色体种群P₀，染色体为优化变量x；

第二：计算P₀中个体目标函数值，设计罚函数修正个体适应度；

2.1)计算P₀中第p个体x_p对应的目标函数值f(x_p)

2.2)计算个体x_p对应的约束函数值:△_p＝g(x_p)

2.3)设计罚函数χ，并根据个体x_p对约束的满足程度求解罚函数值

2.4)利用罚函数修正目标函数，得到对应个体x_p的适应度

f′(x_p)＝-[f(x_p)+χ(x_p)]

第三：将P₀中的个体按照其适应度进行排序；

第四：采用规模为2的随机联赛选择方法，从P₀中选择适应度高的个体填充至种群P₁，直至种群P₁中染色体数目等于P₀中染色体数目的一半；

第五：对种群P₁中的个体进行交叉、变异操作，生成个体规模与P₀相同的新种群Q₀；

第六：计算种群Q₀中个体的目标函数值，采用第二中计算种群Q₀中个体的适应度，并完成排序；

第七：种群P₀和Q₀合并组成新种群Q₁，计算Q₁中的个体的适应度并进行排序；

第八：采用规模为2的随机联赛选择方法，从Q₁中选择适应度高的个体填充至种群Q₂，直至种群Q₂中染色体数目与P₀中染色体数目相同；

第九：判断是否达给定的最大进化代数,达到则算法结束,否则令P₀＝Q₂，转到第三；

步骤五：计算得到步骤三中的优化问题的最优个体，选择最优个体对应的优化变量值作为结构陷幅滤波器器参数。

2.根据权利要求1所述的结构陷幅滤波器参数确定方法，其特征在于，步骤一中设计点选择飞行包线内任一点即可。