基于一类智能结构的高超飞行器操纵稳定性和机动性的控制原理研究

本项目研究超磁致伸缩材料（GMM）智能结构及其在高超飞行器操纵稳定性和机动控制中的应用，智能结构属国家中长期科技发展前沿技术，本研究具有科学意义及应用价值。本项目研究内容包括：创新研究适用于高超飞行环境具有大载荷、大动态范围、窄迟滞GMM及其作动器的制备理论与方法；创新研究广义动态迟滞非线性系统建模与控制的理论、方法及实时控制中的关键技术；创新研究一类用于高超巡航弹的超磁致伸缩智能空气舵的结构设计和控制原理，研究一类变质心与智能空气舵混合控制飞行器姿态的原理、方法和实现中的关键技术；创新研究一种对飞行器核心设备进行主动振动控制的智能结构的设计原理与实现中的关键技术；创新研究在高超飞行条件下带有智能结构高超声速飞行器气动特性的数值模拟方法。研制出具有自主知识产权的原理样机及相应的实时控制系统，进行实验研究，验证理论、方法的正确性和有效性

本项目研究基于一类智能结构的高超飞行器操纵稳定性和机动性的控制原理，探索一种通过提高控制精度达到改进飞行器性能的新途径，是一个在控制、材料、结构和气动等交叉学科前沿创新的研究项目。以类X-51乘波体为对象，基于智能结构对热颤振造成仪器舱低频微振动进行振动主动控制，基于智能舵机对高超飞行器进行姿态精细控制。研究成果包括：.1）在动态迟滞非线性系统建模与控制方面：提出了3类6种建模方法；提出了3种跟踪控制方法和2种振动主动控制方法。实验结果验证了建模和控制方法的正确性和有效性；2）研究基于智能结构高超飞行器姿态控制：智能变质心和智能舵机的复合姿态控制、智能变质心与直接力的复合姿态控制。仿真结果表明智能结构克服了电机间隙误差，控制误差降低一个数量级；3）研制出具有自主知识产权的一、二、六自由度实时控制系统，突破了传感器配置、滤波器设置等关键技术；4）设计了具有自主知识产权的FeGa稀土合金，制备(FeGa)100-xDyx与(Fe2Tb)x(Fe83Ga17)8.45合金薄带，样品磁致伸缩值显著增加。研制出了具有自主知识产权的超磁致伸缩作动器；5）研制出具有自主知识产权的智能舵机原理样机，实现了在小尺寸空间条件下大转角输出。研制出大动态范围和高承载能力的六自由度智能稳定平台原理样机，突破了有关的柔性铰以及放大机构等关键技术；6）对类X-51飞行器外形进行设计并建模，开展非定常流场算法研究，获得全机升、阻及力矩特性。完成了气动特性数据集构建，开发了气动模拟软件；7）研制出三套智能结构原理样机：六自由度非立方体Stewart智能稳定平台原理样机、智能舵机原理样机和基于智能结构变质心执行机构原理样机；8）本项目研制的六自由度智能稳定平台在航天**所弹上试验中获得成功应用，试验结果表明稳定平台在10-100Hz范围内可以将振动削减20-30dB (90%- 98%)。 成果已通过鉴定，正在报奖。鉴定意见：该平台的减振已达到国内领先国际先进的水平。.本项目的研究成果：.1）已发表论文83篇，SCI检索22篇（影响因子大于2的8篇，大于3的2篇），4篇待检索。EI检索53篇，已出版专著1部，正出版1部；.2）申报和授权专利12项、软件注册1项；.3）完成样机3套，数据库1个；.4）培养博士生9名、硕士生16名。.综上，本项目已全部完成计划书中所规定的内容并有部分超额完成。