风洞是飞行器设计初期进行空气动力学实验的设备,在进行高速空气动力试验时,风洞系统的马赫数稳定性和控制精度对实验效果起着决定性的作用,高精度的马赫数模型对于风洞系统中流速的控制具有十分重要的意义。本文以SJ-30风洞为研究对象进行建模分析。在对风洞系统的气动结构、空气环流以及吹风试验特点详细分析的基础上,研究了影响风洞系统马赫数的两个因素总压和静压,确定了通过建立总压和静压这两个模型来间接得到马赫数的建模方法。针对风洞系统非线性、强耦合、时变等特点,由于非线性自回归滑动平均模型具有逼近精度高、结构简单、收敛速度快等优点,采用NARMAX模型分别对总压和静压进行建模。NARMAX模型的变量阶次对模型的精度具有重要影响。为了确定NARMAX模型的变量阶次,引入相空间重构理论中嵌入维和延迟时间的概念,首先采用互信息算法分别确定总压和静压模型输入变量的最佳采样间隔,然后利用伪邻近点法确定各模型变量的阶次,最后通过仿真分析确定了总压和静压的模型参数。针对三种试验工况的实验数据,采用基于BP神经网络的NNSYSID工具箱分别对总压和静压NARMAX模型进行辨识,实验结果验证了基于互信息法确定变量采样间隔和基于伪邻近点法确定模型阶次的合理性。为了达到模型的精度要求,针对风洞运行过程起动充压阶段、稳压阶段、稳马赫数阶段三个阶段的工艺特点,分阶段建立总压和静压模型并进行辨识,实验结果验证了分阶段模型对于提高马赫数的模型精度具有重要作用。采用NARMAX模型对风洞系统马赫数进行模型建立具有一定的适用性,为实现风洞系统马赫数的高精度控制奠定了基础。