本發(fā)明涉及風(fēng)洞試驗(yàn)領(lǐng)域。更具體地說，本發(fā)明涉及一種基于動(dòng)態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與模糊控制的暫沖式風(fēng)洞總壓控制方法。

背景技術(shù)：

1、總壓是風(fēng)洞最為關(guān)注的氣動(dòng)參數(shù)之一，其控制精度決定了風(fēng)洞流場品質(zhì)和試驗(yàn)數(shù)據(jù)質(zhì)量。暫沖式風(fēng)洞通過調(diào)壓閥釋放貯存在氣罐中的高壓氣體，同時(shí)通過控制調(diào)壓閥開度來調(diào)節(jié)風(fēng)洞內(nèi)氣流流量，從而控制總壓。

2、為減少調(diào)壓閥以及調(diào)壓閥與穩(wěn)定段之間管道對總壓帶來的擾動(dòng)，提高流場動(dòng)態(tài)品質(zhì)，風(fēng)洞設(shè)計(jì)時(shí)常采用增大調(diào)壓閥與穩(wěn)定段之間距離的方法。該方法雖然能夠降低管道對總壓的擾動(dòng)，提高流場動(dòng)態(tài)品質(zhì)，但對于總壓控制而言，增加管道長度不僅造成充壓管道容積變大，延長閥門總壓控制滯后時(shí)間，同時(shí)頻繁調(diào)節(jié)也易導(dǎo)致總壓控制震蕩，不僅影響試驗(yàn)數(shù)據(jù)質(zhì)量而且增加風(fēng)洞試驗(yàn)?zāi)芎摹?/p>

3、對此，暫沖式高速風(fēng)洞常采用試驗(yàn)前預(yù)置調(diào)壓閥閥門開度，試驗(yàn)中采用pid控制的方式進(jìn)行總壓控制。但是風(fēng)洞控制除閥門開度外，還涉及外部的氣源壓力變化、風(fēng)洞試驗(yàn)系統(tǒng)中的馬赫數(shù)等綜合影響，上述控制方法在實(shí)踐過程中還存在以下不足：

4、一是采用基于閥門特性曲線方式確定試驗(yàn)前閥門開度，受調(diào)試車次數(shù)和氣源條件變化等因素影響，通過閥門特性曲線難以給出實(shí)際試驗(yàn)條件下準(zhǔn)確的調(diào)壓閥閥門開度，從而導(dǎo)致風(fēng)洞充壓啟動(dòng)過程長；

5、二是常規(guī)pid控制算法不能很好的應(yīng)對壓力滯后以及氣源壓力波動(dòng)帶來的擾動(dòng)，導(dǎo)致總壓控制穩(wěn)定性受到影響。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的一個(gè)目的是解決至少上述問題和/或缺陷，并提供至少后面將說明的優(yōu)點(diǎn)。

2、為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的這些目的和其它優(yōu)點(diǎn)，提供了一種基于動(dòng)態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與模糊控制的暫沖式風(fēng)洞總壓控制方法，包括：

3、s1、構(gòu)建包含目標(biāo)總壓、目標(biāo)馬赫數(shù)、氣源壓力、歷史總壓壓力波動(dòng)率與閥門動(dòng)態(tài)響應(yīng)延遲系數(shù)的調(diào)壓閥預(yù)置開度表，為達(dá)到目標(biāo)總壓的95%后多個(gè)控制周期內(nèi)的最大總壓與最小總壓差，為多個(gè)控制周期的時(shí)長；

4、s2、在風(fēng)洞啟動(dòng)階段，獲取目標(biāo)總壓ⅰ、目標(biāo)馬赫數(shù)ⅰ、氣源壓力ⅰ，斷開模糊控制器與壓力控制器，采用調(diào)壓閥開度pi控制器對調(diào)壓閥開度進(jìn)行控制，所述調(diào)壓閥開度pi控制器的粗調(diào)目標(biāo)值通過下式的多模態(tài)時(shí)滯神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)置開度控制器獲得：

5、

6、上式中，為采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)得到的開度控制器粗調(diào)目標(biāo)值， f net(.)為多模態(tài)時(shí)滯神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)置開度控制器，、分別通過查詢調(diào)壓閥預(yù)置開度表得到；

7、s3、通過實(shí)時(shí)采集總壓壓力以確定調(diào)壓閥開度控制的粗調(diào)階段是否完成，若未完成則繼續(xù)進(jìn)行閥門開度控制，否則進(jìn)入s4的細(xì)調(diào)階段；

8、s4、接入模糊控制器與壓力控制器進(jìn)行壓力細(xì)調(diào)控制，將實(shí)時(shí)采集的氣源壓力ⅱ和已知的目標(biāo)總壓ⅰ、目標(biāo)馬赫數(shù)ⅰ代入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)置開度控制器中，以得到調(diào)壓閥細(xì)調(diào)預(yù)置開度；

9、通過壓力控制pi控制器計(jì)算得到；

10、通過模糊控制器對調(diào)壓閥開度pi控制器的控制參數(shù)和進(jìn)行在線優(yōu)化后，基于、和調(diào)壓閥實(shí)際開度計(jì)算調(diào)壓閥開度控制量，完成調(diào)壓閥開度pi控制器對調(diào)壓閥開度的細(xì)調(diào)；

11、s5、基于下式進(jìn)行判斷，若不滿足則回到s4，否則細(xì)調(diào)階段結(jié)束：

12、

13、上式中，為總壓差。

14、優(yōu)選的是，在s2中，調(diào)壓閥開度pi控制器通過下式對調(diào)壓閥的開度進(jìn)行控制：

15、

16、上式中，為開度輸出值，為調(diào)壓閥開度pi控制的比例系數(shù)，為調(diào)壓閥開度pi控制的積分系數(shù)，為與調(diào)壓閥實(shí)際開度之間的位置誤差。

17、優(yōu)選的是，在s3中，粗調(diào)階段是否完成是通過實(shí)時(shí)采集總壓壓力，判斷是否達(dá)到目標(biāo)總壓ⅰ的，若未達(dá)到則繼續(xù)進(jìn)行閥門開度控制的粗調(diào)，其中， x取值范圍為90～100。

18、優(yōu)選的是，在s4中，壓力控制pi控制器的輸出通過下式表征：

19、

20、上式中，為壓力控制器的比例系數(shù)，為壓力控制器的積分系數(shù)，為總壓誤差，且。

21、優(yōu)選的是，在s4中，模糊控制器以總壓誤差及總壓誤差變化率為輸入，在根據(jù)模糊控制原理對調(diào)壓閥開度pi控制器的控制參數(shù)和進(jìn)行在線優(yōu)化，以得到優(yōu)化后的控制參數(shù)、；

22、調(diào)壓閥開度pi控制器基于優(yōu)化后的控制參數(shù)、，通過下式輸出調(diào)壓閥閥門的最終開度控制量：

23、

24、上式中，為修正后的調(diào)壓閥位置誤差,且，為修正系數(shù)，為調(diào)壓閥的位置修正量，且，為調(diào)壓閥實(shí)際開度，調(diào)壓閥細(xì)調(diào)預(yù)置開度。

25、本發(fā)明至少包括以下有益效果：本發(fā)明設(shè)計(jì)了多模態(tài)時(shí)滯神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)置開度控制器，相對于現(xiàn)有技術(shù)而言，融合了目標(biāo)總壓、馬赫數(shù)和氣源壓力等靜態(tài)參數(shù)，以及總壓歷史壓力波動(dòng)率、閥門動(dòng)態(tài)響應(yīng)延遲系數(shù)等動(dòng)態(tài)時(shí)序特征，通過閥門動(dòng)態(tài)響應(yīng)延遲系數(shù)實(shí)現(xiàn)了閥門時(shí)滯補(bǔ)償，具有顯著提升總壓控制的快速性與精度的優(yōu)點(diǎn)。

26、本發(fā)明在調(diào)壓閥開度pi控制器中引入模糊控制器，同時(shí)通過模糊控制器實(shí)現(xiàn)了調(diào)壓閥開度pi控制器的控制參數(shù)在線優(yōu)化，使得其在調(diào)節(jié)調(diào)壓閥開度時(shí)，不會出現(xiàn)波動(dòng)量超出目標(biāo)范圍的情況，能有效節(jié)省總壓調(diào)節(jié)時(shí)間，降低試驗(yàn)?zāi)芎摹?/p>

27、本發(fā)明的調(diào)壓閥開度pi控制器在計(jì)算調(diào)壓閥開度時(shí)引入了控制參數(shù)修正量，具有能夠?qū)崟r(shí)修正、微調(diào)總壓控制擾動(dòng)，提高總壓控制準(zhǔn)度的優(yōu)點(diǎn)。

28、本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)、目標(biāo)和特征將部分通過下面的說明體現(xiàn)，部分還將通過對本發(fā)明的研究和實(shí)踐而為本領(lǐng)域的技術(shù)人員所理解。

技術(shù)特征：

1.一種基于動(dòng)態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與模糊控制的暫沖式風(fēng)洞總壓控制方法，其特征在于，包括：

2.如權(quán)利要求1所述的基于動(dòng)態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與模糊控制的暫沖式風(fēng)洞總壓控制方法，其特征在于，在s2中，調(diào)壓閥開度pi控制器通過下式對調(diào)壓閥的開度進(jìn)行控制：

3.如權(quán)利要求1所述的基于動(dòng)態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與模糊控制的暫沖式風(fēng)洞總壓控制方法，其特征在于，在s3中，粗調(diào)階段是否完成是通過實(shí)時(shí)采集總壓壓力，判斷是否達(dá)到目標(biāo)總壓ⅰ的，若未達(dá)到則繼續(xù)進(jìn)行閥門開度控制的粗調(diào)，其中，x取值范圍為90～100。

4.如權(quán)利要求1所述的基于動(dòng)態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與模糊控制的暫沖式風(fēng)洞總壓控制方法，其特征在于，在s4中，壓力控制pi控制器的輸出?通過下式表征：

5.如權(quán)利要求1所述的基于動(dòng)態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與模糊控制的暫沖式風(fēng)洞總壓控制方法，其特征在于，在s4中，模糊控制器以總壓誤差及總壓誤差變化率為輸入，在根據(jù)模糊控制原理對調(diào)壓閥開度pi控制器的控制參數(shù)和進(jìn)行在線優(yōu)化，以得到優(yōu)化后的控制參數(shù)、；

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種基于動(dòng)態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與模糊控制的暫沖式風(fēng)洞總壓控制方法,涉及風(fēng)洞試驗(yàn)領(lǐng)域，包括：S1、構(gòu)建調(diào)壓閥預(yù)置開度表；S2、在風(fēng)洞啟動(dòng)階段斷開模糊控制器與壓力控制器，并采用調(diào)壓閥開度PI控制器對調(diào)壓閥開度進(jìn)行控制；S3、通過實(shí)時(shí)采集總壓壓力以確定調(diào)壓閥開度控制的粗調(diào)階段是否完成，若未完成則繼續(xù)進(jìn)行閥門開度控制，否則進(jìn)入S4的細(xì)調(diào)階段；S4、將實(shí)時(shí)采集的氣源壓力Ⅱ和已知的目標(biāo)總壓Ⅰ、目標(biāo)馬赫數(shù)Ⅰ代入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)置開度控制器中，完成PI控制器對調(diào)壓閥開度的細(xì)調(diào)；S5、基于總壓差判斷細(xì)調(diào)階段是否結(jié)束。本發(fā)明提供一種基于動(dòng)態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與模糊控制的暫沖式風(fēng)洞總壓控制方法，能有效節(jié)省總壓調(diào)節(jié)時(shí)間，降低試驗(yàn)?zāi)芎摹?br/>
技術(shù)研發(fā)人員：徐來武,閻成,熊波,馬列波,李聰健,陳海峰,唐子奇,羊璽,王亮,車林森,劉斌,鄧富強(qiáng),沈詩朋
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：2025/5/15