基于跨声速风洞风速精度控制方法及系统技术方案

本发明专利技术提供一种基于跨声速风洞风速精度控制方法及系统。本方法包括如下步骤：S1、对不同预设工况下风洞流场预测模型输入的变量进行数据归一化的模糊处理；S2、根据预设工况建立风洞流场预测模型的模糊模型规则库，根据模糊处理后的变量得到具有多条规则的零阶TS模糊模型，建立TS模糊系统的模糊推理规则；S3、依照模糊推理的规则得到输入变量满足第M条模糊规则的匹配度；S4、将求解的匹配度代入TS模糊模型，将各条规则的输出按照各自所占的权重进行加权，得到符合吹风试验精度的马赫数模型。本发明专利技术采用模糊控制与预测控制相结合的方式，对马赫数精度进行控制，更符合吹风试验的精度，基于模糊模型推测的风洞流场预测模型更满足吹风试验的要求。

Wind Speed Accuracy Control Method and System Based on Transonic Wind Tunnel

The invention provides a wind speed precision control method and system based on transonic wind tunnel. This method includes the following steps: S1, normalizing the input variables of the wind tunnel flow field prediction model under different preset conditions; S2, establishing the rule base of the fuzzy model of the wind tunnel flow field prediction model according to the preset conditions, obtaining the zero-order TS fuzzy model with multiple rules according to the variables after the fuzzy treatment, and establishing the fuzzy reasoning rules of TS fuzzy system; According to the rules of fuzzy reasoning, the matching degree of input variables satisfying the M fuzzy rule is obtained; S4, the matching degree of solution is substituted into TS fuzzy model, and the output of each rule is weighted according to their respective weights, and the Mach number model which meets the accuracy of blowing test is obtained. The invention adopts the method of combining fuzzy control with predictive control to control Mach number accuracy, which is more in line with the accuracy of wind tunnel test, and the wind tunnel flow field prediction model based on fuzzy model inference is more in line with the requirements of wind tunnel test.

【技术实现步骤摘要】
基于跨声速风洞风速精度控制方法及系统
本专利技术涉及航空航天
，具体而言，尤其涉及一种基于跨声速风洞风速精度控制方法及系统。
技术介绍
出于安全和经济的考虑，飞行器不可能在制造出后直接上天飞行，在设计制造的过程中都需要进行风洞试验。风洞是一种管道状对空气流动进行模拟的地面设备，它根据运动的相对性原理，将飞机模型或者飞机模块放置在人造的气流里，通过气流的流动仿造飞机在现实飞行中遇到的各式情况，采集飞机模型各个位置的数据。一个风洞的最主要的指标是风速也就是马赫数，其控制的效果直接关系到风洞的流场品质甚至关系到飞机的选型和设计。风洞控制中马赫数作为最重要的参数其控制精度一直受到人们的关注。马赫数精度控制的难点在于风洞系统复杂，很难建立准确的数学模型，并且马赫数并不能直接测量，通常是通过测量总压/静压与静压值通过公式计算得到。所以精确的控制总压/静压值与静压值是问题的关键，对于暂冲型跨声速风洞，将被控量选为总压/静压和静压，采用多变量动态矩阵预测控制作为流场控制器。飞行器的设计需要在不同的总压/静压，马赫数下进行多次吹风试验获取测量数据，风洞流场动态矩阵控制器需要提前测取不同总压/静压，马赫数下阶跃响应数据作为预测模型进行控制，在频繁变化工况的试验中，需要在每一次变化工况前进行阶跃响应试验，这样既延缓了试验的进程，同时也因为大量的进行阶跃响应试验而浪费了车次。另一方面，考虑到主排/栅指、栅指对总压/静压、静压的阶跃响应，不同工况的阶跃响应曲线形状相似，只是幅值相差较大。
技术实现思路
根据上述提出的技术问题，而提供一种将模糊控制与预测控制相结合的方式，对马赫数精度进行控制的基于跨声速风洞风速精度控制方法及系统。本专利技术采用的技术手段如下：一种基于跨声速风洞风速精度控制方法，包括如下步骤：S1、对不同预设工况下风洞流场预测模型输入的变量进行数据归一化的模糊处理；S2、根据预设工况建立风洞流场预测模型的模糊模型规则库，根据模糊处理后的变量得到具有多条规则的零阶TS模糊模型，建立TS模糊系统的模糊推理规则；S3、依照模糊推理的规则得到输入变量满足第M条模糊规则的匹配度；S4、将求解的匹配度代入TS模糊模型，将各条规则的输出按照各自所占的权重进行加权，得到所求工况预测模型解，即为符合吹风试验精度的马赫数模型。进一步地，所述步骤S1具体为：所述输入的变量为：Xm＝{x1,x2,x3,x4,x5}＝{PO,Ma,PY,SZL,NPZ}其中，PO表示总压/静压设定值，Ma表示马赫数设定值，PY表示主引压力设定值，SZL表示调节阶段的驻流位移，NPZ表示喷嘴号，通过如下归一化公式将x1，x2，x3，x4，x5数据转换到[0,1]的范围内：进一步地，所述步骤S2具体包括如下步骤：S21、根据预设工况，由已有的预测模型建立如下的模糊模型规则库：规则1：工况1→预测模型1；规则2：工况2→预测模型2；规则n：工况n→预测模型n；S22、根据上述规则库并结合风洞的实际情况，得到n条模糊规则的零阶TS模糊模型，其中，代表在k时刻主排/栅指控制增量的作用下在未来N个时刻的预测值，代表主排/栅指位移保持不变且未施加主排/栅指控制增量时总压/静压在未来N个时刻的预测初始值，ΔuN(k)代表主排/栅指有未来若干个增量变化，J代表主排/栅指和栅指进行阶跃响应试验测量总压/静压和静压的单位阶跃响应数据矩阵，其中模糊规则的输入为所述工况参数Xm＝{x1,x2,x3,x4,x5}＝{PO,Ma,PY,SZL,NPZ}输出为Xm工况下对应的预测模型；S23、TS型模糊系统的模糊推理规则如下：其中，RM表示第M条模糊规则；是输入变量xd的模糊集合，表示第M条模糊规则中的第d个模糊子集。进一步地，所述S3具体为：依照模糊推理的规则得到输入变量Xm满足第M条模糊规则的匹配度的一般表达式为：式中符合∧表示模糊逻辑中的与算子。进一步地，采用高斯函数作为隶属度函数，部分具体表示为：其中，参数Cm表示高斯模糊集的中心，δm表示模糊集的宽度，中心点Cm与宽度δm根据风洞中每个预设工况模型确定。进一步地，所述步骤S4中，所述工况预测模型解具体表达式为：其中，本专利技术还提供了一种基于跨声速风洞风速精度控制系统，包括：数据采集单元，用于采集各预设工况下的变量数值；数据预处理单元，用于将采集到的各预设工况的变量数值进行数据归一化的模糊处理；模糊处理单元，用于建立TS模糊模型并建立TS模糊系统的模糊推理规则；数据处理单元，用于依照模糊推理的规则得到相应的匹配度，并求解出符合吹风试验精度的工况预测模型解。较现有技术相比，本专利技术具有以下优点：本专利技术采用模糊控制构建一个模糊规则库来估计新工况的预测模型，即模糊控制与预测控制相结合的方式，对马赫数精度进行控制，采用本专利技术估计的马赫数的模型可以更符合吹风试验的精度，基于模糊模型推测的风洞流场预测模型更满足吹风试验的要求，基于上述理由本专利技术可在航空航天
广泛推广。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术一种基于跨声速风洞风速精度控制方法流程图。图2为本专利技术一种基于跨声速风洞风速精度控制系统模块图。图3为本专利技术使用估计的预测模型得到的控制效果图。图4为本专利技术风洞控制系统的简化结构图。具体实施方式为了使本
的人员更好地理解本专利技术方案，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本专利技术保护的范围。需要说明的是，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。如图1所示，本专利技术提供了一种基于跨声速风洞风速精度控制方法，包括如下步骤：S1、对不同预设工况下风洞流场预测模型输入的变量进行数据归一化的模糊处理；所述输入的变量为：Xm＝{x1,x2,x3,x4,x5}＝{PO,Ma,PY,SZL,NPZ}结合流场实际试验工况，提取特征应该包含如下参数，其中，PO表示总压/静压设定值，Ma表示马赫数设定值，PY表示主引压力设定值，SZL表示调节阶段的驻流位移，NPZ表示喷嘴号，用1#喷嘴时NPZ＝1，用2#喷嘴时NPZ＝2，由于x1…x5这五个输入量之间的值差异大，所以先进行数据的归一化，通过如下归一化公式将x1，x2，x3，x4，x5数据转换到[0,1]的范围内：S2、根据预设工况建立风洞流场预测模型的模糊模型规则库，根据模糊处理后的变量得到具有多条规则的零阶TS模糊模型，建立TS模糊系统的模糊推理规则；S21、由风洞流场的特点可知，不同工况下的预测模型不同，对于在某一个特定工况下，可用一个与之对应的预测模型表示。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于跨声速风洞风速精度控制方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、对不同预设工况下风洞流场预测模型输入的变量进行数据归一化的模糊处理；S2、根据预设工况建立风洞流场预测模型的模糊模型规则库，根据模糊处理后的变量得到具有多条规则的零阶TS模糊模型，建立TS模糊系统的模糊推理规则；S3、依照模糊推理的规则得到输入变量满足第M条模糊规则的匹配度；S4、将求解的匹配度代入TS模糊模型，将各条规则的输出按照各自所占的权重进行加权，得到所求工况预测模型解，即为符合吹风试验精度的马赫数模型。

【技术特征摘要】
1.一种基于跨声速风洞风速精度控制方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、对不同预设工况下风洞流场预测模型输入的变量进行数据归一化的模糊处理；S2、根据预设工况建立风洞流场预测模型的模糊模型规则库，根据模糊处理后的变量得到具有多条规则的零阶TS模糊模型，建立TS模糊系统的模糊推理规则；S3、依照模糊推理的规则得到输入变量满足第M条模糊规则的匹配度；S4、将求解的匹配度代入TS模糊模型，将各条规则的输出按照各自所占的权重进行加权，得到所求工况预测模型解，即为符合吹风试验精度的马赫数模型。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S1具体为：所述输入的变量为：Xm＝{x1,x2,x3,x4,x5}＝{PO,Ma,PY,SZL,NPZ}其中，PO表示总压/静压设定值，Ma表示马赫数设定值，PY表示主引压力设定值，SZL表示调节阶段的驻流位移，NPZ表示喷嘴号，通过如下归一化公式将x1，x2，x3，x4，x5数据转换到[0,1]的范围内：3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括如下步骤：S21、根据预设工况，由已有的预测模型建立如下的模糊模型规则库：规则1：工况1→预测模型1；规则2：工况2→预测模型2；规则n：工况n→预测模型n；S22、根据上述规则库并结合风洞的实际情况，得到n条模糊规则的零阶TS模糊模型，其中，代表在k时刻主排/栅指控制增量的作用下在未来N个时刻的预测值，代表主排/栅指位移保持不变且未施加主排/栅指控制增量时总压/静压在未来N个时刻的预测初始值，ΔuN(k)代表主排/栅指有未来若干个增量变化，J代表主排/栅指和栅指进行阶跃响应试验测量总压/静压和静压的单...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵媛，刘闪，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21