气动弹性降阶模型及颤振主动抑制方法研究

来源 :中国科学院研究生院 中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:anlongdy123
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目前,基于CFD/CSD耦合的气动弹性计算方法以其出色的流场非线性模拟能力已经在气动弹性模拟中被广泛应用。该耦合方法中CFD模型非常耗时,严重制约了其在优化设计、主动控制等工程领域的应用。本文着眼于CFD模型耗时多的缺点,从CFD并行计算和CFD模型降阶两条途径开展了如下几个方面研究工作:   ⑴提出了一种针对多块结构网格并行计算的数据传输方法,并利用该传输方法以课题组多块结构网格串行程序为基础发展了相应并行程序。该数据传输方法首先建立进程间固定的数据传递映射关系,然后对数据打包传递。计算实践证明:基于该方法的并行程序具有良好的稳定性和跨平台性,为多块结构网格大规模工程计算提供了技术支持。   ⑵提出了一种多块结构网格的并行计算负载平衡方法。首先利用遗传优化算法,通过设计特殊染色体结构,找到若干组满足进程间网格量平衡的网格块组合方式作为备选方案,然后通过引入网格块几何相邻关系评价函数,从备选方案中选取一个最优解。实际算例证明了该方法可以达到较高的并行效率。   ⑶基于目前流行的自回归滑动平均(ARMA),Volterra级数和基于本征正交分解(POD)技术的非定常气动力降阶方法,建立了相应的气动弹性分析降阶模型。通过具体算例验证了所建模型的正确性。对比各模型的建立过程和模拟精度,为其在工程领域应用提供了参考方案。   ⑷利用自动微分方法,实现了POD方法中Jacobian偏导数矩阵的精确求解。利用自动微分工具对程序源代码进行“微分运算”,达到了与解析表达式相同的精度。   ⑸在本文建立的气动弹性分析降阶模型基础上,耦合控制系统,建立了气动弹性闭环系统状态空间模型。结合现代控制理论的LQR和LQG方法,开展颤振主动抑制控制律设计。算例表明本文的颤振主动控制律设计方法是正确的,且具有较好的控制效果。
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