一种针对扑翼飞行器的振动控制方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种针对扑翼飞行器的振动控制方法及装置,所述方法包括：以二自由度的柔性机翼为研究对象，计算系统动能、势能和虚功；利用哈密顿原理建立系统动力学模型；根据所述系统动力学模型设置边界控制率，所述边界控制率包括F(t)和M(t)，所述F(t)为边界控制力输入，M(t)为边界扭矩输入；根据系统动力学模型结合边界控制率对柔性机翼进行控制。通过利用哈密顿原理建立系统动力学模型，根据所述系统动力学模型设置边界控制率，充分考虑了边界存在分布式扰动的情况，有效地抑制由外界扰动引起的柔性机翼变形。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及自动控制
，特别是指一种针对扑翼飞行器的振动控制方法及装置。
技术介绍
近年来，随着人们对无人机技术需求的持续增加，以及先进制造技术、新材料技术和新能源技术的飞速发展，使微型飞行机器的研究成为技术热点。1992年在未来军事技术的研讨会上，美国国防高级研究计划局首次提出了较完整的微型飞行器(MAV，MicroAirVehicles)的概念。MAV是无人机中用途广泛的一个类别，可用来在一些特定环境下视察、监督或搜索目标。由于无人机在军用和民用方面的需求增加，设计者们力求减轻无人机的重量，同时提高系统的可操作性。因此，目前无人机的设计广泛采用重量较轻的柔性机翼。与刚性机翼相比较，柔性机翼主要的优点为灵活性高、成本效益好、更加敏捷以及性能好等。然而，灵活的柔性机翼容易振动，产生预期外的误差。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种针对扑翼飞行器的振动控制方法及装置，能够有效地抑制由外界扰动引起的柔性机翼变形的问题。为解决上述技术问题，本专利技术的实施例提供一种针对扑翼飞行器的振动控制方法,所述针对扑翼飞行器的振动控制方法包括：以二自由度的柔性机翼为研究对象，计算系统动能、势能和虚功；利用哈密顿原理建立系统动力学模型；根据所述系统动力学模型设置边界控制率，所述边界控制率包括F(t)和M(t)，所述F(t)为边界控制力输入，M(t)为边界扭矩输入；根据系统动力学模型结合边界控制率对柔性机翼进行控制。优选的，所述以二自由度的柔性机翼为研究对象，计算系统动能、势能和虚功，包括：将系统的动能Ek(t)表示如下：Ek(t)=12m∫0L[y·(x,t)]2dx+12Iρ∫0L[θ·(x,t)]2dx---(1)]]>其中，空间变量x和时间变量t是相互独立的,m是柔性机翼的单位展长质量；Iρ是柔性翼的惯性极距；y(x,t)是xOy坐标系中位置x、时间t处的弯曲位移；θ(x,t)是相应的偏转角度位移；将系统的势能Ep(t)表示如下：Ep(t)=12EIb∫0L[y′′(x,t)]2dx+12GJ∫0L[θ′(x,t)]2dx---(2)]]>其中，EIb表示抗弯刚度，GJ是扭转刚度；由以上两个刚度产生的虚功δWc(t)为：δWc(t)=mxec∫0Ly··(x,t)δθ(x,t)dx+mxec∫0Lθ··(x,t)δy(x,t)dx---(3)]]>其中xec表示机翼质心到弯曲中心的距离；Kelvin-Voigt阻尼力所做的虚功δWd(t)为：δWd(t)=-ηEIb∫0Ly·′′(x,t)δy′′(x,t)dx-ηGJb∫0Lθ·′(x,t)δθ′(x,t)dx---(4)]]>其中，η是Kelvin-Voigt阻尼系数；分布干扰做的虚功δWf(t)为：δWf(t)=∫0L[Fb(x,t)δy(x,t)-xacFb(x,t)δθ(x,t)]dx---(5)]]>其中xac表示气动中心到弯曲中心的距离；Fb是沿着机翼方向未知的时变分布式干扰；边界控制力对系统所做的虚功δWu(t)为：δWu(t)＝F(t)δy(L,t)+M(t)δθ(L,t)(6)上式中，F(t)是边界控制力输入；M(t)是边界扭矩输入；于是，总虚功为：δW(t)＝δ[Wc(t)+Wd(t)+Wf(t)+Wu(t)](7)优选的，所述利用哈密顿原理建立系统动力学模型，包括：利用哈密顿平稳作用量原理：∫t1t2δ[EK(t)-Ep(t)+W(t)]dt=0]]>此处δ代表变分符号，求得系统动力学模型的控制方程为：my··(x,t)+EIby′′′′(x,t)-mxecθ··(x,t)+ηEIby·′′′′(x,t)=Fb(x,t)---(8)]]>Iρθ··(x,t)-GJθ′′(x,t)-mxecy··(x,t)-ηGJθ·′′(x,t)=-xacFb(x,t)---(9)]]>求得系统动力学模型的边界条件为：y(0,t)＝y′(0,t)＝y″(L,t)＝θ(0,t)＝0(10)EIby′′′(L,t)+ηEIby·′′′(L,t)=-F(t)---(11)]]>GJθ′(L,t)+ηGJθ·′(L,t)=M(t)---(12)]]>优选的，所述在系统动力学模型基础上设计边界控制器，包括两个控制律：F(t)和M(t)，所述F(t)为边界控制力输入，M(t)为边界扭矩输入，包括：构造李雅普诺夫候选函数如下V(t)＝V1(t)+Δ(t)(13)其中，V1(t)和Δ(t)分别定义为V1(t)=β2m∫0L[y·(x,t)]2dx+β2EIb∫0L[y′′(x,t)]2dx+β2Ip∫0L[θ·(x,t)]2dx+β2GJ∫0Lθ′[(x,t)]2dx---(14)]]>本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种针对扑翼飞行器的振动控制方法,其特征在于，所述针对扑翼飞行器的振动控制方法包括：以二自由度的柔性机翼为研究对象，计算系统动能、势能和虚功；利用哈密顿原理建立系统动力学模型；根据所述系统动力学模型设置边界控制率，所述边界控制率包括F(t)和M(t)，所述F(t)为边界控制力输入，M(t)为边界扭矩输入；根据系统动力学模型结合边界控制率对柔性机翼进行控制。

【技术特征摘要】
1.一种针对扑翼飞行器的振动控制方法,其特征在于，所述针对扑翼飞行器的振动控
制方法包括：
以二自由度的柔性机翼为研究对象，计算系统动能、势能和虚功；
利用哈密顿原理建立系统动力学模型；
根据所述系统动力学模型设置边界控制率，所述边界控制率包括F(t)和M(t)，所述F
(t)为边界控制力输入，M(t)为边界扭矩输入；
根据系统动力学模型结合边界控制率对柔性机翼进行控制。
2.根据权利要求1所述的针对扑翼飞行器的振动控制方法,其特征在于，所述以二自由
度的柔性机翼为研究对象，计算系统动能、势能和虚功，包括：
将系统的动能Ek(t)表示如下：
Ek(t)=12m∫0L[y·(x,t)]2dx+12Iρ∫0L[θ·(x,t)]2dx---(1)]]>其中，空间变量x和时间变量t是相互独立的,m是柔性机翼的单位展长质量；Iρ是柔性翼
的惯性极距；y(x,t)是xOy坐标系中位置x、时间t处的弯曲位移；θ(x,t)是相应的偏转角度
位移；
将系统的势能Ep(t)表示如下：
Ep(t)=12EIb∫0L[y′′(x,t)]2dx+12GJ∫0L[θ′(x,t)]2dx---(2)]]>其中，EIb表示抗弯刚度，GJ是扭转刚度；
由以上两个刚度产生的虚功δWc(t)为：
δWc(t)=mxec∫0Ly··(x,t)δθ(x,t)dx+mxec∫0Lθ··(x,t)δy(x,t)dx---(3)]]>其中xec表示机翼质心到弯曲中心的距离；
Kelvin-Voigt阻尼力所做的虚功δWd(t)为：
δWd(t)=-ηEIb∫0Ly·′′(x,t)δy′′(x,t)dx-ηGJb∫0Lθ·′(x,t)δθ′(x,t)dx---(4)]]>其中，η是Kelvin-Voigt阻尼系数；
分布干扰做的虚功δWf(t)为：
δWf(t)=∫0L[Fb(x,t)δy(x,t)-xacFb(x,t)δθ(x,t)]dx---(5)]]>其中xac表示气动中心到弯曲中心的距离；Fb是沿着机翼方向未知的时变分布式干扰；
边界控制力对系统所做的虚功δWu(t)为：
δWu(t)＝F(t)δy(L,t)+M(t)δθ(L,t)(6)
上式中，F(t)是边界控制力输入；M(t)是边界扭矩输入；
于是，总虚功为：
δW(t)＝δ[Wc(t)+Wd(t)+Wf(t)+Wu(t)](7)
3.根据权利要求2所述的针对扑翼飞行器的振动控制方法,其特征在于，所述利用哈密
顿原理建立系统动力学模型，包括：
利用哈密顿平稳作用量原理：
∫t1t2δ[EK(t)-Ep(t)+W(t)]dt=0]]>此处δ代表变分符号，求得系统动力学模型的控制方程为：<...

【专利技术属性】
技术研发人员：贺威，陈宇楠，吕垌，孙长银，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：北京;11