基于多变量阶跃响应的风洞系统辨识 - Journal of Northeastern.PDFVIP

第３７卷第１１期 东 北 大 学 学 报 ( 自 然 科 学 版 ) Ｖｏｌ.３７ꎬＮｏ.１１ ２０１６年 １１月 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｎｏｒｔｈｅａｓｔｅｒｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ(Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ) Ｎｏｖ. ２０ １６ 　 ｄｏｉ:１０.３９６９/ｊ.ｉｓｓｎ.１００５－３０２６.２０１６.１１.００１ 基于多变量阶跃响应的风洞系统辨识 张廷丰ꎬ毛志忠ꎬ袁　 平ꎬ张　 弼 (东北大学 信息科学与工程学院ꎬ辽宁沈阳　 １１０８１９) 摘　 　 　 要:２４ｍ×２４ｍ风洞为多变量耦合系统ꎬ根据运行数据无法直接获得单个操纵变量对输出的影 响.因此ꎬ提出采用多变量阶跃响应方法辨识风洞系统两输入－两输出耦合参数模型ꎬ采用三次样条插值法对 阶跃响应数据进行滤波处理ꎬ再计算出单个通道的阶跃响应数据ꎬ在此基础上使用面积法获得各个通道的传 递函数模型ꎬ并通过对不同阶次模型输出的均方根误差的比较ꎬ实现最佳模型阶次的选择.仿真及风洞现场测 试结果验证了本文方法的有效性. 关　 键　 词: 风洞ꎻ辨识ꎻ阶跃响应ꎻ面积法ꎻ耦合参数模型 中图分类号: ＴＰ ２７３　 　 　 文献标志码: Ａ　 　 　 文章编号: １００５－３０２６(２０１６)１１－１５２１－０５ Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｗｉｎｄ Ｔｕｎｎｅｌ Ｓｙｓｔｅｍ Ｕｓｉｎｇ Ｍｕｌｔｉｖａｒｉａｂｌｅ Ｓｔｅｐ Ｒｅｓｐｏｎｓｅｓ ＺＨＡＮＧ Ｔｉｎｇ￣ｆｅｎｇꎬＭＡＯＺｈｉ￣ｚｈｏｎｇꎬＹＵＡＮ ＰｉｎｇꎬＺＨＡＮＧＢｉ (Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｓｃｉｅｎｃｅ ＆ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬＮｏｒｔｈｅａｓｔｅｒｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬＳｈｅｎｙａｎｇ １１０８１９ꎬＣｈｉｎａ. Ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ ａｕｔｈｏｒ:ＭＡＯＺｈｉ￣ｚｈｏｎｇꎬｐｒｏｆｅｓｓｏｒꎬＥ￣ｍａｉｌ:ｍａｏｚｈｉｚｈｏｎｇ＠ｉｓｅ.ｎｅｕ.ｅｄｕ.ｃｎ) Ａｂｓｔｒａｃｔ: Ｂｅｃａｕｓｅ ｔｈｅ２４ｍ×２４ｍ ｗｉｎｄ ｔｕｎｎｅｌ ｉｓａ ｍｕｌｔｉｖａｒｉａｂｌｅ￣ｃｏｕｐｌｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍꎬｔｈｅ ｉｍｐａｃｔ ｏｆ ａ ｓｉｎｇｌｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｖａｒｉａｂｌｅ ｏｎ ｔｈｅ ｏｕｔｐｕｔｓ ｃａｎｎｏｔ ｂｅ ｏｂｔａｉｎ ｄｉｒｅｃｔｌｙ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｏｐｅｒａｔｉｎｇ ｄａｔａ. Ｆｏｒ ｔｈｉｓ ｒｅａｓｏｎꎬ ｔｈｅ ｍｕｌｔｉｖａｒｉａｂｌｅ￣ｃｏｕｐｌｉｎｇ ｐａｒａｍｅｔｒｉｃ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｔｈｅ ｗｉｎｄ ｔｕｎｎｅｌ ａｎｄ ｆｉｌｔｅｒｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ ｄａｔａ ｗｉｔｈ ｓｔｅｐ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｗａｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｃｕｂｉｃ ｓｐｌｉｎｅ ｉｎｔｅｒｐｏｌａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ. Ｔｈｅ ａｒｅａ ｍｅｔｈｏｄ ｗａｓ ａｐｐｌｉｅｄ ｔｏ ｔｈｅ ｐａｒａｍｅｔｅｒ ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｓｔｅｐ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｄａｔａ ｏｆ ｅａｃｈ ｃｈａｎｎｅｌꎬａｎｄ ｔｈｅ ｂｅｓｔ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｅａｃｈ ｃｈａｎｎｅｌ ｗａｓ ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｒｏｏｔ ｍｅａｎ ｓｑｕａｒｅ ｅｒｒｏｒ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｍｏｄｅｌ ｏｒｄｅｒｓ. Ｗｉｎｄ ｔｕｎｎｅｌ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓ ｏｆ ｔｈｅ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｍｅｔｈｏｄ. Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ: ｗｉｎｄ ｔｕｎｎｅｌꎻｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎꎻｓｔｅｐ ｒｅｓｐｏｎｓｅꎻａｒｅａ ｍｅｔｈｏｄꎻｃｏｕｐｌｉｎｇ ｐａｒａｍｅｔｒｉｃ ｍｏｄｅｌ 　 　 ２４ｍ风洞是中国空气动力研究与发展中心 在训练过程中存在收敛速度慢、容易陷入局部最 [１] 优等固有缺陷ꎬ且模型精度容易受到训练样本的 所属的一座半回流暂冲式跨声速风洞 .对风洞 系统建模的主要目的是为风洞控制系统的设计提