CN110282119A - 一种基于踏板减速率控制的飞机刹车控制方法 - Google Patents

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Abstract

一种基于踏板减速率控制的飞机刹车控制方法，将踏板行程指令电压Ub与预置减速率ap进行关联，踏板行程指令电压Ub越大，预置减速率ap越大；反之预置减速率ap越小。根据预置减速率ap确定实时减速率av。当实时减速率av小于预置减速率ap，增加刹车电流Ib；反之减小刹车电流Ib；当实时减速率av等于预置减速率ap，刹车电流Ib维持不变。这一过程补偿了伺服阀等部件个体差异，通过调节刹车电流Ib实现准确的减速率控制。控制中能够很好的感知了飞行员期望，当跑道湿滑时设置较小的预置减速率ap，防止出现刹车系统频繁出现打滑；当跑道干燥且紧急时，设置较大的预置减速率ap，防止飞机刹车距离较长，甚至冲出跑道。

Description

一种基于踏板减速率控制的飞机刹车控制方法
技术领域
本发明涉及飞机刹车控制技术领域，具体是一种飞机刹车控制方法。
背景技术
飞机在着陆过程中，刹车系统至关重要，防滑刹车系统的控制方法决定刹车过程的可靠性、舒适性及刹车效率。优良的控制方法可以提高飞机着陆可靠性、舒适性及刹车效率。
目前飞机刹车系统大多采用恒减速率控制，踏板行程用于调节刹车压力大小，不用于调节减速率。恒减速率控制方法使得飞机刹车过程适应能力差，效率低，在紧急状况往往造成不良后果，比如冲出跑道等。踏板行程用于调节刹车压力，恒减速率控制方法也存在不能补偿力矩偏离的问题，即在相同踏板行程下，刹车压力可能存在差异，刹车力矩也可能存在差异，恒减速率控制方法无法进行补偿。
按照恒减速率控制进行防滑控制。采用的防滑控制律如下:
机轮速度差ΔVW＝VW1-VW0(1)
实时减速率av＝ΔVW/T(2)
设定减速率av0，
若实时减速率av＜av0，VF＝(1+k)VB(3)
若实时减速率av＝av0,VF＝VB(4)
若实时减速率av＞av0，VF＝(1-k)VB(5)
k为调节系数，根据该方法实现了恒力矩刹车，但依然存在当炭刹车盘湿态时或机轮轮胎与地面结合系数大时，定压力控制方法不能满足刹车系统要求的不足。
现有刹车控制方法存在以下缺点：
1.很难补偿伺服阀等部件个体差异；
2.不能很好感知飞行员期望；
3.通用性不高，不适用于多模态飞机，如水陆两栖飞机；
4.对刹车材料、环境变化适应能力差。
中南大学2011年6月30日公开的硕士毕业论文《跑道辨识算法在飞机防滑刹车中的应用研究》中利用防滑算法对于跑道辨识进行了深入研究，但该并未涉及减速率的深入研究。
发明内容
为克服现有技术中存在的刹车控制过程很难补偿伺服阀个体差异、与飞行员的互动性较差、并且通用性较低的不足，本发明提出了一种基于踏板减速率控制的飞机刹车控制方法。
本发明的具体过程是：
步骤一，预置减速率ap的调节：
防滑刹车系统根据踏板行程指令电压Ub通过公式(6)确定预置减速率ap：
ap＝kUb(6)
公式(6)中，k为预置减速率的计算系数。所述预置减速率的计算系数k＝1.2；踏板行程指令电压Ub＝0～4.2VDC。
对预置减速率ap设置有预置减速率公差n。所述预置减速率公差n＝±0.2m/s2
步骤二，实时减速率av的调节：
根据确定的预置减速率ap调节实时减速率av。
通过公式(7)～公式(9)调节当前控制周期刹车电流Ib，使实时减速率av按控制周期向预置减速率ap进行调整，每个控制周期电流的调整量为m。
Ib＝Ib-1+m当av＜ap时 (7)
Ib＝Ib-1-m当av＞ap时 (8)
Ib＝Ib-1当av＝ap时 (9)
公式(7)～公式(9)中，Ib为当前控制周期刹车电流，Ib-1为上一控制周期刹车电流。
将实时减速率av与预置减速率ap进行比较，通过公式(7)、公式(8)和公式(9)确定下一控制周期刹车电流，并逐周期的采用逼近法调节当前控制周期刹车电流Ib。
所述控制周期是指飞机防滑刹车控制系统对刹车的运算控制周期，控制周期为10ms～20ms。所述步长电流为0.1mA～0.3mA。
每个控制周期按步长电流m调节当前控制周期刹车电流Ib：
当实时减速率av小于预置减速率ap，增加当前控制周期刹车电流Ib。在预置减速率公差n内，不再增加当前控制周期刹车电流Ib。
当实时减速率av大于预置减速率ap，减小当前控制周期刹车电流Ib。在预置减速率公差n内，不再减小当前控制周期刹车电流Ib。
当实时减速率av等于预置减速率ap，当前控制周期刹车电流Ib维持不变。
至此，完成基于踏板减速率控制的飞机刹车控制。
本发明是基于防滑刹车系统的控制方法。所述的防滑刹车系统包括电传防滑刹车系统和全电防滑刹车系统。
本发明基于踏板减速率控制的飞机刹车控制方法的核心在于将踏板行程指令电压Ub与预置减速率ap进行关联。所述踏板行程指令电压Ub是指由飞行员踩刹车指令传感器所产生的指令电压，一般情况下，指令电压大小与踏板行程成正比；所述预置减速率ap是指飞机刹车过程中期望的刹车减速率，能够有效的补偿伺服阀等部件的个体差异，很好的感知飞行员期望，有效缩短刹车距离，为了提高刹车系统通用性、提高环境变化适应能力。
基于踏板减速率控制的飞机刹车控制方法首先将踏板行程指令电压Ub与预置减速率ap进行关联，踏板行程指令电压Ub越大，预置减速率ap越大；踏板行程指令电压Ub越小，预置减速率ap越小。预置减速率ap确定后，实时计算实时减速率av，每控制周期按步长调节刹车电流Ib。当实时减速率av小于预置减速率ap，增加刹车电流Ib；当实时减速率av大于预置减速率ap，减小刹车电流Ib；当实时减速率av等于预置减速率ap，刹车电流Ib维持不变。
这一过程补偿了伺服阀等部件个体差异，通过调节刹车电流Ib，实现了准确的减速率控制。这一过程也可以很好的感知了飞行员期望，当跑道湿滑时，可以通过踏板行程指令电压Ub设置较小的预置减速率ap，防止出现刹车系统频繁出现打滑；当跑道干燥且紧急时，可以通过踏板行程指令电压Ub设置较大的预置减速率ap，防止飞机刹车距离较长，甚至冲出跑道。
本发明基于踏板减速率控制的飞机刹车控制方法与现有技术中飞机刹车控制方法对比见表1。
表1本发明与现有技术的对比表
本发明将踏板行程指令电压Ub与预置减速率ap进行关联，实现了飞行员对预置减速率ap的动态设定，踏板行程指令电压Ub越大，预置减速率ap越大；踏板行程指令电压Ub越小，预置减速率ap越小。所述对预置减速率ap的动态设定是指飞行员可以实时通过操纵刹车脚踏板设置预置减速率ap，常规的刹车控制方法不能实现对预置减速率的调节。基于踏板减速率控制的飞机刹车控制方法每控制周期按步长m调节刹车电流Ib。当实时减速率av小于预置减速率ap，增加刹车电流Ib；当实时减速率av大于预置减速率ap，减小刹车电流Ib；当实时减速率av等于预置减速率ap，刹车电流Ib维持不变。通过刹车电流Ib调节补偿伺服阀等部件个体差异；通过调节刹车电流Ib实现对实时减速率调节控制。常规的额定压力控制方法，不能实现通过调节刹车电流实现对实时减速率的调节。
具体实施方式
本实施例是一种基于踏板减速率控制的飞机刹车控制方法，所适用的防滑刹车系统采用常规的电传防滑刹车系统或常规的全电防滑刹车系统。所述的防滑刹车系统采用电传防滑刹车系统。
本实施例包括以下步骤：
步骤一，预置减速率ap的调节：
防滑刹车系统根据踏板行程指令电压Ub通过公式(6)确定预置减速率ap：
ap＝kUb(6)
公式(6)中，k为预置减速率的计算系数。
所述预置减速率的计算系数k＝1.2；踏板行程指令电压Ub＝0～4.2VDC。
本实施例中，预置减速率ap为0～5.04m/s2。
对预置减速率设置有预置减速率公差n，本实施例中，所述预置减速率公差n＝±0.2m/s2。
飞行员根据刹车需求，通过不断变换Ub取值，使预置减速率ap根据变换的Ub变化，从而实现对该预置减速率的调节。
步骤二，实时减速率av的调节：
预置减速率ap确定后，根据机轮当前速度确定实时减速率av。
通过公式(7)～公式(9)调节当前控制周期刹车电流Ib，具体是调整所述确定的实时减速率av，使其按控制周期向预置减速率ap逼近；调整时，每个控制周期调整量为步长电流m。
所述控制周期是指飞机防滑刹车控制系统对刹车的运算控制周期，控制周期为10ms～20ms。所述步长电流m为常量，m＝0.1mA～0.3mA。
Ib＝Ib-1+m当av＜ap时 (7)
Ib＝Ib-1-m当av＞ap时 (8)
Ib＝Ib-1当av＝ap时 (9)
公式(7)、公式(8)和公式(9)中，Ib为当前控制周期刹车电流，Ib-1为上一控制周期刹车电流。
将实时减速率av与预置减速率ap进行比较，通过公式(7)、公式(8)和公式(9)确定下一控制周期刹车电流，并逐周期的采用逼近法调节当前控制周期刹车电流Ib。每个控制周期按步长电流m调节当前控制周期刹车电流Ib：
当实时减速率av小于预置减速率ap，增加当前控制周期刹车电流Ib。在所述预置减速率公差n内，不再增加当前控制周期刹车电流Ib。
当实时减速率av大于预置减速率ap，减小当前控制周期刹车电流Ib。在预置减速率公差n内，不再减小当前控制周期刹车电流Ib。
当实时减速率av等于预置减速率ap，当前控制周期刹车电流Ib维持不变。
至此，完成基于踏板减速率控制的飞机刹车控制。
为验证本实施例的效果，在控制周期＝10ms、刹车电流的初始值＝8mA、步长电流m＝0.2mA的条件下，分别设置刹车系统实时减速率av的初始值和预置减速率ap的初始值进行以下测试：
当刹车系统实时减速率av的初始值为3m/s2、预置减速率ap的初始值为5m/s2时，每个控制周期使当前控制周期刹车电流Ib增加0.2mA，经过15个控制周期，使刹车电流的最终值增加为11mA，av调节为4.9m/s2，在预置减速率ap的初始值5m/s2的公差范围内，当前控制周期刹车电流Ib不再增加；
当刹车系统实时减速率av的初始值为5m/s2、预置减速率ap的初始值为3m/s2时，每个控制周期使当前控制周期刹车电流Ib减小0.2mA，经过12个控制周期，使刹车电流的最终值减小为5.5mA，使av调节为3.0m/s2，在预置减速率ap的初始值3m/s2的公差范围内，当前控制周期刹车电流Ib不再减小；
当刹车系统实时减速率av的初始值为2.5m/s2、预置减速率ap的初始值为2.5m/s2时，刹车电流依然为5，当前控制周期刹车电流Ib维持不变。
测试表明，本实施例实现了当实时减速率av小于预置减速率ap，增加当前控制周期刹车电流Ib；当实时减速率av大于预置减速率ap，减小当前控制周期刹车电流Ib；当实时减速率av等于预置减速率ap，当前控制周期刹车电流Ib维持不变。
本实施例能够补偿伺服阀和刹车装置的个体差异，通过调节刹车电流，实现了对实时减速率的调节控制。
本实施例中，通过对设计的输入条件的变化，调节踏板行程指令电压Ub，测试结果表明,对预置减速率具有调节能力，通过调节刹车电流，实现了对实时减速率的调节控制。该控制方法实现了基于踏板减速率控制的飞机刹车控制功能。

Claims (5)

1.一种基于踏板减速率控制的飞机刹车控制方法，其特征在于，具体过程是：
步骤一，预置减速率ap的调节：
防滑刹车系统根据踏板行程指令电压Ub通过公式(6)确定预置减速率ap：
ap＝kUb (6)
公式(6)中，k为预置减速率的计算系数；
对预置减速率ap设置有预置减速率公差n；
步骤二，实时减速率av的调节：
根据确定的预置减速率ap调节实时减速率av；
通过公式(7)～公式(9)调节当前控制周期刹车电流Ib，使实时减速率av按控制周期向预置减速率ap进行调整，每个控制周期电流的调整量为m；
Ib＝Ib-1+m 当av＜ap时 (7)
Ib＝Ib-1-m 当av＞ap时 (8)
Ib＝Ib-1 当av＝ap时 (9)
公式(7)～公式(9)中，Ib为当前控制周期刹车电流，Ib-1为上一控制周期刹车电流；
将实时减速率av与预置减速率ap进行比较，通过公式(7)、公式(8)和公式(9)确定下一控制周期刹车电流，并逐周期的采用逼近法调节当前控制周期刹车电流Ib；
至此，完成基于踏板减速率控制的飞机刹车控制。
2.如权利要求1所述基于踏板减速率控制的飞机刹车控制方法，其特征在于，所述预置减速率的计算系数k＝1.2；踏板行程指令电压Ub＝0～4.2VDC。
3.如权利要求1所述基于踏板减速率控制的飞机刹车控制方法，其特征在于，所述预置减速率公差n＝±0.2m/s2。
4.如权利要求1所述基于踏板减速率控制的飞机刹车控制方法，其特征在于，所述控制周期是指飞机防滑刹车控制系统对刹车的运算控制周期，控制周期为10ms～20ms；所述步长电流为0.1mA～0.3mA。
5.如权利要求1所述基于踏板减速率控制的飞机刹车控制方法，其特征在于，每个控制周期按步长电流m调节当前控制周期刹车电流Ib：
当实时减速率av小于预置减速率ap，增加当前控制周期刹车电流Ib；在预置减速率公差n内，不再增加当前控制周期刹车电流Ib；
当实时减速率av大于预置减速率ap，减小当前控制周期刹车电流Ib；在预置减速率公差n内，不再减小当前控制周期刹车电流Ib；
当实时减速率av等于预置减速率ap，当前控制周期刹车电流Ib维持不变。
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