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3.1 滑模控制的定义 14
3.1.1 滑模控制的三个条件 15
3.1.2 滑模控制的动态品质 15
3.2 滑模控制存在的问题 17
3.3 自适应控制 18
3.4 反演滑模设计 20
3.5 仿真分析 23
结论 27
致谢 28
参考文献 29
附录 31
第一章 绪论
1.1 引言
伴随着飞行器的整个发展过程中，气动弹性问题一直都是一个不容忽视的问题。颤振是一种复杂的气动弹性动力学不稳定现象，是机翼等弹性体在空气动力、结构弹性力与结构惯性力共同作用下产生的一种自激振荡。颤振给飞机带来的影响与飞机的飞行速度有着密切联系。当飞机的飞行速度较低时，这种自激振荡会随着阻尼作用而逐渐衰减。而当飞机飞行速度超过某一临界值时，微小的外界扰动就有可能使得颤振发散，进而对机翼造成灾难性危害，甚至几秒钟之内就有可能造成机毁人亡的后果。因此，为了提高和保证飞行器在高速飞行时的安全性，对于如何抑制颤振并保持飞机的稳定性就显得格外重要。
1.2 机翼颤振问题简述
颤振主要包括失速颤振和经典颤振两类。第一类是经典颤振，经典颤振常发生在飞行器流线型升力系统中，小迎角的时候且通常在没有气流分离的条件下。弹性机翼在运行中受到气动力的作用通常容易发生扭转和弯曲形变，而形变产生的新的气动力又会引发新的形变，两者相互耦合，周而复始。如此机翼作为一种载体实现了能量转移，将气流中的能量转化到机翼等弹性体颤振中，从而导致经典颤振的发生。第二类是失速颤振，失速颤振[1]常常发生在旋转机器中，它经常与涡流形成和流动分离有关。失速颤振主要发生在迎角较大时，气流经过机翼翼面出现分离，形成涡流[2]，由于翼面上下的压强差减小，升力会跟着降低，但阻力反而增大，进而导致飞机产生抖振，且速度减小，在机翼表面形成脉动载荷，从而导致失速颤振的发生。
机翼颤振机理复杂多变各不相同，对于不同类型的颤振采用不同的控制方法。对于经典颤振，经常通过对机翼的结构进行改造以适应不同的气动性，比如改变机翼配件的质量和强度或者增加颤振阻力以减小颤振，也可以使用有效的主动控制方法来抑制或消除。而失速颤振则常常采用一些主动控制方法来减小或抑制颤振。
1.3 二元机翼颤振控制方法概述
颤振的抑制主要通过被动和主动控制[3]两种方式实现。传统的被动控制安全可靠，不需要外界能源，装置结构简单，但是该控制方法将增加系统的质量并且需要对结构进行重新设计，而且一组不变的系统参数难以适应多种变化的场合，因此被动控制已难以满足对机翼颤振控制的复杂要求。
为了更好地处理好颤振问题，人们很早提出了主动控制的思想，可以利用控制面完成对弹性系统的主动控制，首先按照设计需求在机翼的相关部分安装传感装置对所需要的数据进行采集，然后将测得的信号经过处理后按照预先确定的要求（控制规律）反馈到主动控制系统中，经过系统的分析判断以后，给出相应的输出来控制操纵面的运动[4]，改变控制面从而达到改变机翼的目的，在机翼发生变化以后，气动力与弹性力之间的耦合关系会发生新的变化进而可以使得机翼具有新的临界颤振速率。在主动控制方法中，变结构控制是最为常用的经典方法之一，它不仅能克服系统的不确定性，对系统未建模动态和非线性的外部干扰具有很强的鲁棒性 。由于变结构控制对气动和结构参数摄动具有很强的鲁棒性，且响应时间短，操作简单，已在电机、桥梁建造、土木结构、海洋平台和航天等领域得到了广泛的应用。主动颤振控制技术主要包括主动操纵面吸能法、主动颤振抑制系统、小型受动片抑制法[5]、压电作动器抑制法、基于动柔度的极点配置法[6]等几种方法。机翼颤振控制系统的设计主要包括：对系统进行建模、设计控制器以及运行系统。目前，机翼气动弹性颤振控制器的设计中常用的方法主要有：反馈控制、鲁棒控制、自适应控制、滑模控制、最优控制及独立状态空间法等。