用于控制的变体机翼数据驱动非线性气动弹性模型
流体动力学
2021-04-28 v1 最优化与控制
摘要
准确且高效的气动弹性模型对于实现高柔性航空航天结构的优化与控制至关重要，这类结构有望在未来交通与能源系统中普及。先进材料与变体机翼技术正催生下一代气动弹性系统，其特征是气动与结构动力学之间高度耦合且非线性的相互作用。本工作中，我们利用新兴的数据驱动建模技术，开发高度准确且易处理的降阶气动弹性模型，这些模型在广泛工作条件下有效且适用于控制。具体而言，我们对近期的带控制动态模态分解（DMDc）算法做了两项扩展以使其适用于柔性气动弹性系统：1）我们引入一种处理代数方程的表述；2）我们开发了一种插值方案，以平滑连接在不同工作区间建立的若干线性 DMDc 模型。因此，创新之处在于准确建模耦合气动结构动力学在多个工作区间上的非线性，而非将模型有效性限制在线化点附近的狭窄区域。我们在一个 airborne wind energy（AWE）系统的高保真三维数值模型上演示了该方法，尽管这些方法是普遍适用于任何高度耦合气动弹性系统或在多工作区间运行的动力系统的。我们提出的建模框架实现了柔性航空航天结构非线性非定常气动弹性响应的实时预测，并展示了其在模型预测控制方面增强的模型性能。因此，所提出的架构或有助于下一代变体机翼技术的广泛采用。
引用
@article{arxiv.2002.03139,
title = {Data-driven nonlinear aeroelastic models of morphing wings for control},
author = {Nicola Fonzi and Steven L. Brunton and Urban Fasel},
journal= {arXiv preprint arXiv:2002.03139},
year = {2021}
}