本發(fā)明涉及一種暫沖式風(fēng)洞柵指靜壓數(shù)學(xué)模型結(jié)構(gòu)辨識(shí)方法。

背景技術(shù)：

1、風(fēng)洞是對(duì)飛行器外形設(shè)計(jì)進(jìn)行空氣動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)的重要設(shè)備，它是進(jìn)行空氣動(dòng)力實(shí)驗(yàn)最常用、最有效的工具之一，它在飛行器研制方面起著決定性的作用。對(duì)于高速暫沖式風(fēng)洞來說，柵指機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)性能直接影響風(fēng)洞的靜壓，最終影響風(fēng)洞的馬赫數(shù)控制精度。為了為先進(jìn)飛行器提供高品質(zhì)的風(fēng)洞流場(chǎng)試驗(yàn)環(huán)境，必須對(duì)風(fēng)洞系統(tǒng)的馬赫數(shù)進(jìn)行精確的控制，而2.4米暫沖式跨聲速風(fēng)洞流場(chǎng)控制存在非線性、強(qiáng)耦合、大滯后等特點(diǎn)，要實(shí)現(xiàn)馬赫數(shù)的高精度控制存在很大的難度。

2、

3、其中ma為馬赫數(shù)；p0為穩(wěn)定段總壓；pct為駐室靜壓。

4、由上述馬赫數(shù)計(jì)算公式可知，馬赫數(shù)主要通過總壓和靜壓計(jì)算得出。而2.4米跨聲速風(fēng)洞主要采用穩(wěn)定總壓調(diào)節(jié)靜壓的方式運(yùn)行，馬赫數(shù)的控制精度直接體現(xiàn)在對(duì)靜壓的精確控制上。2.4米跨聲速風(fēng)洞柵指機(jī)構(gòu)主要用于靜壓的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，為此，對(duì)柵指的動(dòng)態(tài)控制是影響風(fēng)洞馬赫數(shù)精確控制的關(guān)鍵因素。

5、因此，建立風(fēng)洞系統(tǒng)中柵指-靜壓的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型是設(shè)計(jì)先進(jìn)控制器、提高馬赫數(shù)控制精度的基礎(chǔ)，而確定模型結(jié)構(gòu)是建立柵指-靜壓模型的先決條件。從對(duì)柵指-靜壓的影響關(guān)系機(jī)理分析可知，柵指-靜壓模型適合使用由線性動(dòng)態(tài)特性串聯(lián)非線性靜態(tài)特性的wiener模型進(jìn)行描述，而如何確定用于描述柵指-靜壓特性的wiener模型的具體結(jié)構(gòu)，即模型線性部分的階數(shù)以及非線性部分基函數(shù)的個(gè)數(shù)，是需要研究的問題。目前對(duì)于wiener模型結(jié)構(gòu)辨識(shí)的算法還未見公開，通常采用的試湊法既缺乏理論依據(jù)，在應(yīng)用過程中又存在較大的不確定性，無法準(zhǔn)確給出適合建模對(duì)象的模型結(jié)構(gòu)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點(diǎn)，本發(fā)明提出了一種暫沖式風(fēng)洞柵指靜壓數(shù)學(xué)模型結(jié)構(gòu)辨識(shí)方法。

2、本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：一種暫沖式風(fēng)洞柵指靜壓數(shù)學(xué)模型結(jié)構(gòu)辨識(shí)方法，包括如下步驟：

3、步驟一、建立用于表示柵指控制電信號(hào)與靜壓之間輸入輸出關(guān)系的柵指靜壓模型；

4、步驟二、根據(jù)柵指靜壓模型的參數(shù)化方程以及測(cè)量得到的輸入輸出數(shù)據(jù)構(gòu)建信息矩陣；

5、步驟三、確定柵指靜壓模型線性部分階數(shù)的估計(jì)值；

6、步驟四、選取柵指靜壓模型非線性部分基函數(shù)個(gè)數(shù)的備選值；

7、步驟五、確定柵指靜壓模型非線性部分基函數(shù)的個(gè)數(shù)。

8、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的積極效果是：

9、本發(fā)明方法通過由線性動(dòng)態(tài)特性串聯(lián)非線性靜態(tài)特性組成的wiener模型表示柵指-靜壓之間的輸入輸出關(guān)系，從而估算出柵指對(duì)靜壓的影響量，達(dá)到提高風(fēng)洞馬赫數(shù)控制精度的目的。結(jié)構(gòu)辨識(shí)是通過測(cè)量的輸入輸出數(shù)據(jù)組成的特殊信息矩陣估計(jì)由差分方程表示的線性動(dòng)態(tài)部分的階數(shù)以及由基函數(shù)表示的非線性靜態(tài)部分的基函數(shù)個(gè)數(shù)。在模型結(jié)構(gòu)的辨識(shí)過程中，首先估計(jì)wiener模型線性部分的模型階數(shù)；在此基礎(chǔ)上估計(jì)非線性部分模型基函數(shù)的個(gè)數(shù)。本發(fā)明方法能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)跨聲速風(fēng)洞柵指-靜壓模型結(jié)構(gòu)的合理估計(jì)，為柵指-靜壓之間特性關(guān)系的分析以及對(duì)靜壓的高精度控制提供基礎(chǔ)，最終實(shí)現(xiàn)馬赫數(shù)的高精度控制。

技術(shù)特征：

1.一種暫沖式風(fēng)洞柵指靜壓數(shù)學(xué)模型結(jié)構(gòu)辨識(shí)方法，其特征在于：包括如下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種暫沖式風(fēng)洞柵指靜壓數(shù)學(xué)模型結(jié)構(gòu)辨識(shí)方法，其特征在于：步驟一所述柵指靜壓模型為由線性動(dòng)態(tài)部分和非線性靜態(tài)部分相串聯(lián)所組成的wiener模型，其中：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種暫沖式風(fēng)洞柵指靜壓數(shù)學(xué)模型結(jié)構(gòu)辨識(shí)方法，其特征在于：wiener模型的參數(shù)化方程為：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種暫沖式風(fēng)洞柵指靜壓數(shù)學(xué)模型結(jié)構(gòu)辨識(shí)方法，其特征在于：信息矩陣為：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種暫沖式風(fēng)洞柵指靜壓數(shù)學(xué)模型結(jié)構(gòu)辨識(shí)方法，其特征在于：步驟三所述確定柵指靜壓模型線性部分階數(shù)的估計(jì)值的方法為：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種暫沖式風(fēng)洞柵指靜壓數(shù)學(xué)模型結(jié)構(gòu)辨識(shí)方法，其特征在于：判斷信息矩陣的條件數(shù)是否發(fā)生突變的方法為：令當(dāng)為一個(gè)極大值時(shí)，則判定信息矩陣的條件數(shù)發(fā)生了突變。

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種暫沖式風(fēng)洞柵指靜壓數(shù)學(xué)模型結(jié)構(gòu)辨識(shí)方法，其特征在于：步驟四中，選取柵指靜壓模型非線性部分基函數(shù)個(gè)數(shù)的備選值的方法為：

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種暫沖式風(fēng)洞柵指靜壓數(shù)學(xué)模型結(jié)構(gòu)辨識(shí)方法，其特征在于：判斷信息矩陣的條件數(shù)是否發(fā)生了較快的增加的方法為：令當(dāng)為一個(gè)極大值時(shí)，則判定信息矩陣的條件數(shù)發(fā)生了較快的增加。

9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種暫沖式風(fēng)洞柵指靜壓數(shù)學(xué)模型結(jié)構(gòu)辨識(shí)方法，其特征在于：步驟五中，確定柵指靜壓模型非線性部分基函數(shù)的個(gè)數(shù)的方法為：采用線性部分階數(shù)估計(jì)值以及非線性部分基函數(shù)個(gè)數(shù)的備選值建立柵指靜壓模型，通過建模誤差以及模型復(fù)雜度綜合確定非線性部分基函數(shù)個(gè)數(shù)。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種暫沖式風(fēng)洞柵指靜壓數(shù)學(xué)模型結(jié)構(gòu)辨識(shí)方法，其特征在于：通過建模誤差以及模型復(fù)雜度綜合確定非線性部分基函數(shù)個(gè)數(shù)的方法為：設(shè)定結(jié)合wiener模型的參數(shù)化方程，采用各個(gè)備選的值進(jìn)行模型辨識(shí)：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種暫沖式風(fēng)洞柵指靜壓數(shù)學(xué)模型結(jié)構(gòu)辨識(shí)方法，包括如下步驟：步驟一、建立用于表示柵指控制電信號(hào)與靜壓之間輸入輸出關(guān)系的柵指靜壓模型；步驟二、根據(jù)柵指靜壓模型的參數(shù)化方程以及測(cè)量得到的輸入輸出數(shù)據(jù)構(gòu)建信息矩陣；步驟三、確定柵指靜壓模型線性部分階數(shù)的估計(jì)值；步驟四、選取柵指靜壓模型非線性部分基函數(shù)個(gè)數(shù)的備選值；步驟五、確定柵指靜壓模型非線性部分基函數(shù)的個(gè)數(shù)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的積極效果是：本發(fā)明方法通過由線性動(dòng)態(tài)特性串聯(lián)非線性靜態(tài)特性組成的Wiener模型表示柵指?靜壓之間的輸入輸出關(guān)系，從而估算出柵指對(duì)靜壓的影響量，達(dá)到提高風(fēng)洞馬赫數(shù)控制精度的目的。

技術(shù)研發(fā)人員：杜寧,蔣婧妍,朱文杰,鄒欣蕾,姚丹,秦建華,金志偉,郁文山,周潤(rùn),易凡,李平,鐘若溪,王銳
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國空氣動(dòng)力研究與發(fā)展中心高速空氣動(dòng)力研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/5