基于試驗數據的模型參數辨識研究

孔潔

摘 要：在民用飛機仿真建模過程中，經常會遇到黑盒元件，無法獲知內部結構參數。通過試驗數據的有效提取分析可以對模型參數進行估計，從而解決黑盒元件的建模問題。本文通過最小二乘法對起落架艙門收放作動器內部節(jié)流口進行了參數辨識，同時在AMEsim的仿真模型使用參數估計值，并將仿真結果與實際試驗數據進行了對比。

關鍵詞：參數辨識 最小二乘法 AMEsim

中圖分類號：U463 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）03（c）-0016-02

1 系統(tǒng)辨識

系統(tǒng)辨識的基礎是輸入和輸出數據，數據來源于系統(tǒng)的試驗和觀測。對于系統(tǒng)試驗的設計，是要獲取更多相關的系統(tǒng)有效信息[1-2]。對于系統(tǒng)觀測需要更多的采樣點與數據精度；對于參數估計性的系統(tǒng)辨識，首先對待辨識系統(tǒng)要有一個大致模型的定義，其次對其重要參數進行基于試驗數據的辨識。

民用飛機是一個復雜的多學科的系統(tǒng)，在虛擬仿真試驗過程中，經常會遇到試驗元件，缺乏內部結構圖、重要尺寸信息、關鍵特征參數等情況。通過地面模擬試驗，可以獲得大量的試驗數據。參數估計是通過獲取相關數據，通過對參數的最優(yōu)化求解，得到試驗元件的模型參數的過程。

2 最小二乘法

最小二乘法通過誤差的平方和最小化的方法，找到最佳匹配參數[3]。對于線性系統(tǒng)，使用最小二乘法可以較為便捷求解得到最佳參數。

3 模型建立

已知液壓作動器兩腔體入口出均有以下結構的節(jié)流裝置，如圖1所示。進油時，節(jié)流裝置位于圖示右位，此時通流面積較大，能夠提供較大流量，保證作動器運動速度?；赜蜁r，節(jié)流裝置位于圖示左位，此時通流面積較小，提供背壓保證作動器運動穩(wěn)定。

對液壓作動器建立其相應模型如圖2所示。

由于節(jié)流孔直徑及長度參數未知，對其中的收放液壓 作動器的節(jié)流系數需要通過試驗數據進行辨識。

在AMEsim中對節(jié)流口提供了兩種參數設置方式，pressure drop/flow rate pair和orifice diameter/maximum flow coefficient pair。試驗數據中采用大量的壓力、流量傳感器測量，采用pressure drop/flow rate pair可以有效進行參數估計。對壓差與流量采用二次函數最小二乘法估計得到以下結果，如表1所示。

4 仿真效果

參數辨識模型的試驗結果中，仿真開艙門耗時1.55s，內部壓力如圖3所示。實際開艙門耗時1.5s相比，誤差較小，內部壓力如圖4所示。通過試驗數據辨識得到的系統(tǒng)元件參數具備可信度。但本次仿真過程采用了簡化模型，未能將系統(tǒng)沖擊、瞬時壓降、系統(tǒng)運動慣量等因素反映，后續(xù)將進一步優(yōu)化模型，對辨識參數做進一步的系統(tǒng)性驗證。

參考文獻

[1] 徐寧壽.系統(tǒng)辨識技術及其應用[M].北京：機械工業(yè)出版社，1986.

[2] 王樂一，趙文虓.系統(tǒng)辨識：新的模式、挑戰(zhàn)及機遇[J].自動化學報，2013，39（7）：933-936.

[3] 劉靜紈.最小二乘法在系統(tǒng)辨識中的應用[J].北京建筑工程學院學報，2004，20（3）：19-21.