一种暂冲式风洞栅指静压数学模型结构辨识方法与流程

本发明涉及一种暂冲式风洞栅指静压数学模型结构辨识方法。

背景技术：

1、风洞是对飞行器外形设计进行空气动力学实验的重要设备，它是进行空气动力实验最常用、最有效的工具之一，它在飞行器研制方面起着决定性的作用。对于高速暂冲式风洞来说，栅指机构的动态性能直接影响风洞的静压，最终影响风洞的马赫数控制精度。为了为先进飞行器提供高品质的风洞流场试验环境，必须对风洞系统的马赫数进行精确的控制，而2.4米暂冲式跨声速风洞流场控制存在非线性、强耦合、大滞后等特点，要实现马赫数的高精度控制存在很大的难度。

2、

3、其中ma为马赫数；p0为稳定段总压；pct为驻室静压。

4、由上述马赫数计算公式可知，马赫数主要通过总压和静压计算得出。而2.4米跨声速风洞主要采用稳定总压调节静压的方式运行，马赫数的控制精度直接体现在对静压的精确控制上。2.4米跨声速风洞栅指机构主要用于静压的动态调节，为此，对栅指的动态控制是影响风洞马赫数精确控制的关键因素。

5、因此，建立风洞系统中栅指-静压的动态数学模型是设计先进控制器、提高马赫数控制精度的基础，而确定模型结构是建立栅指-静压模型的先决条件。从对栅指-静压的影响关系机理分析可知，栅指-静压模型适合使用由线性动态特性串联非线性静态特性的wiener模型进行描述，而如何确定用于描述栅指-静压特性的wiener模型的具体结构，即模型线性部分的阶数以及非线性部分基函数的个数，是需要研究的问题。目前对于wiener模型结构辨识的算法还未见公开，通常采用的试凑法既缺乏理论依据，在应用过程中又存在较大的不确定性，无法准确给出适合建模对象的模型结构。

技术实现思路

1、为了克服现有技术的上述缺点，本发明提出了一种暂冲式风洞栅指静压数学模型结构辨识方法。

2、本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种暂冲式风洞栅指静压数学模型结构辨识方法，包括如下步骤：

3、步骤一、建立用于表示栅指控制电信号与静压之间输入输出关系的栅指静压模型；

4、步骤二、根据栅指静压模型的参数化方程以及测量得到的输入输出数据构建信息矩阵；

5、步骤三、确定栅指静压模型线性部分阶数的估计值；

6、步骤四、选取栅指静压模型非线性部分基函数个数的备选值；

7、步骤五、确定栅指静压模型非线性部分基函数的个数。

8、与现有技术相比，本发明的积极效果是：

9、本发明方法通过由线性动态特性串联非线性静态特性组成的wiener模型表示栅指-静压之间的输入输出关系，从而估算出栅指对静压的影响量，达到提高风洞马赫数控制精度的目的。结构辨识是通过测量的输入输出数据组成的特殊信息矩阵估计由差分方程表示的线性动态部分的阶数以及由基函数表示的非线性静态部分的基函数个数。在模型结构的辨识过程中，首先估计wiener模型线性部分的模型阶数；在此基础上估计非线性部分模型基函数的个数。本发明方法能够实现对跨声速风洞栅指-静压模型结构的合理估计，为栅指-静压之间特性关系的分析以及对静压的高精度控制提供基础，最终实现马赫数的高精度控制。

技术特征：

1.一种暂冲式风洞栅指静压数学模型结构辨识方法，其特征在于：包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种暂冲式风洞栅指静压数学模型结构辨识方法，其特征在于：步骤一所述栅指静压模型为由线性动态部分和非线性静态部分相串联所组成的wiener模型，其中：

3.根据权利要求2所述的一种暂冲式风洞栅指静压数学模型结构辨识方法，其特征在于：wiener模型的参数化方程为：

4.根据权利要求3所述的一种暂冲式风洞栅指静压数学模型结构辨识方法，其特征在于：信息矩阵为：

5.根据权利要求4所述的一种暂冲式风洞栅指静压数学模型结构辨识方法，其特征在于：步骤三所述确定栅指静压模型线性部分阶数的估计值的方法为：

6.根据权利要求5所述的一种暂冲式风洞栅指静压数学模型结构辨识方法，其特征在于：判断信息矩阵的条件数是否发生突变的方法为：令当为一个极大值时，则判定信息矩阵的条件数发生了突变。

7.根据权利要求5所述的一种暂冲式风洞栅指静压数学模型结构辨识方法，其特征在于：步骤四中，选取栅指静压模型非线性部分基函数个数的备选值的方法为：

8.根据权利要求7所述的一种暂冲式风洞栅指静压数学模型结构辨识方法，其特征在于：判断信息矩阵的条件数是否发生了较快的增加的方法为：令当为一个极大值时，则判定信息矩阵的条件数发生了较快的增加。

9.根据权利要求7所述的一种暂冲式风洞栅指静压数学模型结构辨识方法，其特征在于：步骤五中，确定栅指静压模型非线性部分基函数的个数的方法为：采用线性部分阶数估计值以及非线性部分基函数个数的备选值建立栅指静压模型，通过建模误差以及模型复杂度综合确定非线性部分基函数个数。

10.根据权利要求9所述的一种暂冲式风洞栅指静压数学模型结构辨识方法，其特征在于：通过建模误差以及模型复杂度综合确定非线性部分基函数个数的方法为：设定结合wiener模型的参数化方程，采用各个备选的值进行模型辨识：

技术总结
本发明公开了一种暂冲式风洞栅指静压数学模型结构辨识方法，包括如下步骤：步骤一、建立用于表示栅指控制电信号与静压之间输入输出关系的栅指静压模型；步骤二、根据栅指静压模型的参数化方程以及测量得到的输入输出数据构建信息矩阵；步骤三、确定栅指静压模型线性部分阶数的估计值；步骤四、选取栅指静压模型非线性部分基函数个数的备选值；步骤五、确定栅指静压模型非线性部分基函数的个数。与现有技术相比，本发明的积极效果是：本发明方法通过由线性动态特性串联非线性静态特性组成的Wiener模型表示栅指‑静压之间的输入输出关系，从而估算出栅指对静压的影响量，达到提高风洞马赫数控制精度的目的。

技术研发人员：杜宁,蒋婧妍,朱文杰,邹欣蕾,姚丹,秦建华,金志伟,郁文山,周润,易凡,李平,钟若溪,王锐
受保护的技术使用者：中国空气动力研究与发展中心高速空气动力研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5