Điều Khiển Lập Lịch Tăng Cường của Flutter Cánh Bay Không Nén Được Điều Chỉnh Bởi Bộ Tối Ưu Đàn Sụt Giảm Dân Số—$$P_{D}SO$$

Aerotecnica Missili & Spazio - Tập 99 - Trang 3-16 - 2020
Carmelo Rosario Vindigni1, Calogero Orlando1
1Kore University of Enna, Enna, Italy

Tóm tắt

Hiện tượng rung động flutter là một dạng rung động khí động lực học tự kích thích có thể xảy ra trên các cấu trúc khí động lực mềm khi di chuyển trong môi trường chất lỏng, trong đó cấu trúc hấp thụ năng lượng từ chất lỏng; hiện tượng này liên quan đến các biến thể trong cấu hình so với gió tương đối mà cấu trúc chịu đựng do hậu quả của những dao động của nó. Dựa trên mô hình khí động lực học mà có ba bậc tự do của cánh máy bay, một bộ điều khiển thích ứng để ngăn chặn flutter được thiết kế và nghiên cứu trong công trình này. Một phương pháp tối ưu hóa bày đàn giảm dân số $$P_{D}SO$$ được sử dụng để tìm các tham số tối ưu của bộ điều khiển nhằm thiết lập một phương pháp lập lịch tăng cường để làm cho điều khiển thích ứng theo tốc độ. Tích phân của lỗi tuyệt đối theo thời gian được tối thiểu hóa để trao trọng số lớn hơn cho lỗi phát triển có thể biểu hiện xa sau thời điểm gây nhiễu. Kết quả số được báo cáo để cho thấy cách mà điều khiển lập lịch tăng cường cho phép đạt được dao động giảm chấn vượt qua tốc độ tới hạn mà không có sự tăng trưởng phá hủy.

Từ khóa

#flutter #điều khiển thích ứng #tối ưu hóa #cánh máy bay #khí động lực học

Tài liệu tham khảo

Fung, Y.C.: An Introduction to the Theory of Aeroelasticity. Courier Dover Publications, Mineola (2008) Fazelzadeh, S.A., Mazidi, A.: Aeroelastic concepts in civil aircraft wings design. In: Challenges in European aerospace, 5th CEAS Air & Space Conference, vol. 164 (2015) Tewari, A.: Aeroservoelasticity. Springer, New York (2015) Raymond, L.: Bisplinghoff, Holt Ashley, & Robert L, Aeroelasticity. Dover Publications Inc., Mineola (1956) Strganac, T.W., Ko, J., Thompson, D.E.: Identification and control of limit cycle oscillations in aeroelastic systems. J. Guid. Control Dyn. 23(6), 1127–1133 (2000) Landa, P.S., Strelkov, S.P., Yakovleva, : Bending-torsional flutter of an airfoil with balance mass. Radiophys. Quantum Electron. 11(7), 628–632 (1968) Dogget Jr., R.V., Townsend, J.L.: Flutter suppression by active control and its benefits. NASA Conf. Publ. 1, 303 (1976) Pendleton, E.W., Bessette, D., Field, P.B., Miller, G.D., Griffin, K.E.: Active aeroelastic wing flight research program: technical program and model analytical development. J. Aircr. 37(4), 554–561 (2000) Chen, C.L., Peng, C.C., Yau, H.T.: High-order sliding mode controller with backstepping design for aeroelastic systems. Commun. Nonlinear Sci. Numer. Simul. 17(4), 1813–1823 (2012) Yang, P., Li, Q.D., Ren, Z., Tan, Q.K., Fan, Y.: Active control method on flutter suppression of a high-aspect-ratio two-dimensional airfoil with a control surface. In: Proceedings of 2014 IEEE Chinese Guidance, Navigation and Control Conference, pp. 2745–2752 (2014) Bernelli-Zazzera, F., Mantegazza, P., Mazzoni, G., Rendina, M.: Active flutter suppression using recurrent neural networks. J. Guid. Control Dyn. 23(6), 1030–1036 (2000) Stilwell, D.J., Rugh, W.J.: Interpolation methods for gain scheduling. In: Proceedings of the 37th IEEE Conference on Decision and Control, vol. 3, pp. 3003–3008 (1998) Zhao, Z.Y., Tomizuka, M., Isaka, S.: Fuzzy gain scheduling of PID controllers. IEEE Trans. Syst. Man Cybern. 23(5), 1392–1398 (1993) Barker, J.M., Balas, G.J.: Comparing linear parameter-varying gain-scheduled control techniques for active flutter suppression. J. Guid. Control Dyn. 23(5), 948–955 (2000) Applebaum, E., Ben-Asher, J., Weller, T.: Fuzzy gain scheduling for flutter suppression in an unmanned aerial vehicle. J. Guid. Control Dyn. 28(6), 1123–1130 (2005) Alaimo, A., Esposito, A., Orlando, C.: PDSO tuning of PFC-SAC fault tolerant flight control system. Adv. Aircr. Spacecr. Sci. 6(5), 349–369 (2019) Artale, V., Milazzo, C.L., Orlando, C., Ricciardello, A.: Comparison of GA and PSO approaches for the direct and LQR tuning of a multirotor PD controller. J. Ind. Manag. Optim. 13(4), 2067–2091 (2017) Martì, R.: Multi-start methods. In: Glover, F.W., Kochenberger, G.A. (eds.) Handbook of Metaheuristics, pp. 355–368. Springer, Berlin (2003) Orlando, C., Alaimo, A.: A robust active control system for shimmy damping in the presence of free play and uncertainties. Mech. Syst. Signal Process. 84, 551–569 (2017) Conner, M.D., Tang, D.M., Dowell, E.H., Virgin, L.N.: Nonlinear behavior of a typical airfoil section with control surface freeplay: a numerical and experimental study. J. Fluids Struct. 11(1), 89–109 (1997) Udbhav, S.: Effect of cubic hardening non linearities on the flutter of a three degree of freedom airfoil (2005) Liu, L., Dowell, E.H.: Harmonic balance approach for an airfoil with a freeplay control surface. AIAA J. 43(4), 802–815 (2005) Theodorsen, T.: General theory of aerodynamic instability and mechanism of flutter. NACA report no. 496 (1935) Hodges, D.H., Pierce, G.A.: Introduction to Structural Dynamics and Aeroelasticity, vol. 15. Cambridge University Press, Cambridge (2011) Li, D., Guo, S., Xiang, J.: Aeroelastic dynamic response and control of an airfoil section with control surface nonlinearities. J. Sound Vib. 329(22), 4756–4771 (2010) Jones, R.T.: The unsteady lift of a wing of finite aspect ratio. NACA report no. 681 (1940) Alaimo, A., Milazzo, A., Orlando, C.: Nonlinear model based particle swarm optimization of PID shimmy damping control. Adv. Aircr. Spacecr. Sci. 3(2), 211–224 (2016) Solihin, M.I., Tack, L.F., Kean, M.L.: Tuning of PID controller using particle swarm optimization (PSO). Int. Adv. Sci. Eng. Inf. Technol. 1(4), 458–461 (2011) Lim, S. , Montakhab, M. Nouri, H.: A constriction factor based particle swarm optimization for economic dispatch. In: The 2009 European Simulation and Modeling Conference (ESM’2009), Leicester, United Kingdom (2009) Song, Y.D.: Control of Nonlinear Systems Via PI, PD and PID: Stability and Performance. CRC Press, Boca Raton (2018) Veselỳ, V., Ilka, A.: Gain-scheduled PID controller design. J. Process Control 23(8), 1141–1148 (2013) Fichera, S., Isnardi, I., Mottershead, J.E.: High-bandwidth morphing actuator for aeroelastic model control. Aerospace 6(2), 13 (2019)