[发明专利]用于暂冲式跨声速风洞的空气流场模型校正控制方法

说明书

本发明公开了一种用于暂冲式跨声速风洞的空气流场模型校正控制方法，包括如下步骤：步骤一、利用空气流场特性曲线数据建立空气流场数学解析模型；步骤二、根据不同的攻角变化范围将吹风实验所获取的结果数据划分为不同的数据段；步骤三、求取各个数据段内的实验结果偏差，使用线性模型对实验结果误差进行拟合，得到误差的平均值和变化趋势；步骤四、将实验结果的平均误差值转化为控制量对应的静压值，根据误差的方向和变化趋势对空气流场数学解析模型进行校正。采用本发明方法的修正结果更加符合风洞实验的实际工况，确保了后续实验控制精度的提高，可以获得一些无法通过实验获取的模型曲线，节省了吹风车次，降低了实验成本。

技术领域

本发明涉及暂冲式跨声速风洞空气流场高精度控制方法中使用的模型校正控制方法。

背景技术

风洞是对飞行器外形设计进行空气动力学实验的设备，在验证空气动力学理论以及飞行器研制方面起着决定性的作用。为了提供一个良好的实验环境，必须对风洞流场的马赫数(Ma)进行精确控制。针对目前风洞普遍采用的PID控制算法的控制精度潜力挖掘殆尽，现有的2.4M暂冲式跨声速风洞成功的采用了动态矩阵控制(DMC)算法，实现了对风洞Ma的高精度控制，使该风洞Ma的控制精度由原来PID控制算法的0.2％-0.5％提高到0.15％以内。为了实现DMC控制算法，需要准确的获得风洞系统中重要被控量的模型特性响应曲线，这就需要对风洞系统进行模型数据获取实验。目前在进行获得实验数据的实验中，存在以下问题：

1.实验测量不准确

在获取建模数据的实验过程中，并不能完全复制风洞吹风实验的工况。这种获取建模数据的实验与吹风实验工况的偏差导致得到的模型曲线并不能完全反应吹风实验时系统的动态特性；此外，由于建模数据获取实验中存在的测量误差、未知干扰等因素也可能会导致得到的模型响应曲线失真，造成控制效果的下降。

2.现场条件不允许进行试验

在获取建模数据的实验过程中，需要将给风洞内部的执行器一个阶跃信号，并保持到被控量响应结束为止。由于实验条件所限，有些吹风工况，例如高Ma、高攻角实验，不能进行这类实验。对于这类工况，无法通过实验获得建模数据，因此无法建立该工况的数学模型。在吹风实验中往往采用其它工况进行替代，导致控制效果的下降。

3.工况众多，实验成本高昂

建模数据获取实验需要单独占用一次吹风车次。由于风洞吹风实验工况众多，为了获得更好的控制效果，需要对各个工况都进行一次数据获取实验；此外，当飞行器模型发生变化时，原模型的动态特性曲线不再适用，需要重新进行数据的测取。这些都会导致总体实验成本的大幅度攀升。

因此在DMC算法的实际应用过程中，需要研究如何通过其它方式获得准确的空气流场数学模型。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺点，本发明提出了一种用于暂冲式跨声速风洞的空气流场模型校正控制方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种用于暂冲式跨声速风洞的空气流场模型校正控制方法，包括如下步骤：

步骤一、利用空气流场特性曲线数据建立空气流场数学解析模型；

步骤二、根据不同的攻角变化范围将吹风实验所获取的结果数据划分为不同的数据段；

步骤三、求取各个数据段内的实验结果偏差，使用线性模型对实验结果误差进行拟合，得到误差的平均值和变化趋势；

步骤四、将实验结果的平均误差值转化为控制量对应的静压值，根据误差的方向和变化趋势对空气流场数学解析模型进行校正。

与现有技术相比，本发明的积极效果是：