CN110435881B - 一种用于飞机前轮电动转弯和减摆的复合控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于飞机前轮电动转弯和减摆的复合控制方法，涉及飞机转弯和减摆的控制技术。所述复合控制方法，通过不同的控制指令确定不同的控制模式，在转弯控制模式下通过闭环控制获得电机力矩/电流的目标值，在减摆控制模式下通过阻尼计算获得阻尼力矩/电流的目标值，再根据该目标值通过同一力矩/电流控制器生成PWM调节信号，最后根据PWM调节信号通过同一电机驱动单元实现对同一电机的运行控制，达到转弯或者减摆的目的；通过该控制方法使转弯和减摆功能共用一套电机执行机构，简化了执行机构的结构，降低了起落架的重量。

Description

一种用于飞机前轮电动转弯和减摆的复合控制方法

技术领域

本发明属于飞机转弯和减摆的控制领域术，尤其涉及一种用于飞机前轮电动转弯和减摆的复合控制方法。

背景技术

目前，转弯和减摆作为飞机的两项重要功能，前者为主动操作系统，后者为被动阻尼系统，两者的具体实现一般采用电动形式或者液压形式，且现有飞机的转弯或者减摆的动作执行往往需要采用不同的执行机构。常见的液压式减摆作动器中，液压油腔起到起落架减摆作用，但这种方法存在前起落架减摆参数不可调、无法适应多种道面及运行情况等缺点。

随着小型飞机全电化的趋势，前轮转弯和减摆功能只能依靠全电动机构来实现。同时，随着飞机在起落架重量方面的要求越要越高，需要尽可能简化执行机构，降低起落架重量。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种用于飞机前轮电动转弯和减摆的复合控制方法，该方法共用一套电机执行机构，通过转弯和减摆两种不同控制策略的切换控制电机四象限运行，分别实现转弯功能和减摆功能，简化执行机构，从而简化起落架的系统架构，降低起落架的重量。

本发明是通过如下的技术方案来解决上述技术问题的：一种用于飞机前轮电动转弯和减摆的复合控制方法，包括以下几个步骤：

步骤1：接收转弯或者减摆控制指令，根据该控制指令确定对应的控制模式；

步骤2：获取转弯控制模式下前轮电机的力矩/电流的目标值或者减摆控制模式下前轮电机的阻尼力矩/电流的目标值；

步骤3：根据所述步骤2的目标值生成PWM调节信号，再根据所述PWM调节信号实现对前轮电机的运行控制，从而实现前轮的转弯或者减摆功能。

本发明的复合控制方法，根据不同的控制指令确定不同的控制模式，即转弯控制模式或者减摆控制模式，在转弯控制模式下获得前轮电机的力矩/电流的目标值，在减摆控制模式下获得前轮电机的阻尼力矩/电流的目标值，根据该目标值和前轮电机的力矩/电流的实时值生成PWM调节信号，由PWM调节信号实现对同一电机的运行控制，该方法可以在两种控制模式下切换而通过同一电机实现前轮的转弯和减摆的功能切换，实现了通过一套电机执行机构来实现转弯和减摆两种功能，简化了执行机构的结构，降低了起落架的重量。

进一步地，所述步骤2中，在转弯控制模式下，根据转弯指令得到前轮角度位置的目标值，再结合前轮角度位置的实时值通过位置控制器获得前轮电机的转速的目标值，然后根据前轮电机的转速的目标值和转速的实时值通过转速控制器获得前轮电机的力矩/电流的目标值。

进一步地，所述位置控制器和转速控制器均采用PI控制器；位置和转速控制为PI控制器，其动态响应快、无扰动。

进一步地，所述步骤2中，在减摆控制模式下，根据前轮角度位置的实时值判断是否处于减摆死区范围；

当在减摆死区范围之外时，根据阻尼系数和前轮角度位置的实时值计算出前轮电机的阻尼力矩/电流的目标值；当在减摆死区范围之内时，生成PWM封锁信号，将前轮电机驱动封锁。

通过设置减摆死区范围而将电机驱动封锁，在减摆死区范围内对电机不输入驱动信号，避免了电机频繁动作，减少了对前轮的扰动。

进一步地，所述阻尼系数为预设阻尼系数或者实时阻尼系数。

通过预设或者实时计算不同的阻尼系数而实现不同的阻尼力矩，实现了减摆参数可调，增加了主动减摆的灵活性。

进一步地，所述预设阻尼系数为固定值，由飞机前轮所需的最小阻尼比来确定。

进一步地，所述实时阻尼系数是根据阻尼系数的增量与前轮转弯的加速度成正比而计算得到的。

加速度越大，阻尼系数的增量越大，实时阻尼系数在最大阻尼系数和最小阻尼系数范围内随着转弯加速度的变化而变化。

进一步地，所述步骤3中，PWM调节信号是由力矩/电流控制器根据前轮电机力矩/电流的实时值和所述目标值而生成的，所述力矩/电流控制器采用PI控制器。

进一步地，所述步骤3中，PWM调节信号通过电机驱动单元实现前轮电机四象限运行的控制，所述电机驱动单元采用三相全桥式电路。

相应地，一种利用上述方法实现飞机前轮电动转弯和减摆的复合控制系统，包括：

功能切换单元，用于接收控制指令，且根据该控制指令切换至转弯控制模式或者减摆控制模式；

转弯控制单元，用于根据转弯指令获得前轮角度位置的目标值，再根据前轮角度位置的目标值和前轮角度位置的实时值得到前轮电机转速的目标值，然后根据前轮电机转速的目标值和前轮电机转速的实时值得到前轮电机力矩/电流的目标值；

减摆控制单元，用于根据前轮角度位置的实时值判断是否在减摆死区范围内，如果不在减摆死区范围内，则根据阻尼系数和前轮角度位置的实时值计算出前轮电机阻尼力矩/电流的目标值；如果在减摆死区范围内，则生成前轮电机PWM封锁信号；

PWM生成单元，用于根据前轮电机力矩/电流的目标值或者前轮电机阻尼力矩/电流的目标值生成PWM调节信号；

电机驱动单元，用于根据所述PWM调节信号或者PWM封锁信号来驱动前轮电机的运行。

有益效果

与现有技术相比，本发明提出的复合控制方法，通过不同的控制指令确定不同的控制模式，在转弯控制模式下通过闭环控制获得电机力矩/电流的目标值，在减摆控制模式下通过阻尼计算获得阻尼力矩/电流的目标值，再根据该目标值通过同一力矩/电流控制器生成PWM调节信号，最后根据PWM调节信号通过同一电机驱动单元实现对同一电机的运行控制，达到转弯或者减摆的目的；通过该控制方法使转弯和减摆功能共用一套电机执行机构，简化了执行机构的结构，降低了起落架的重量。

在减摆控制模式下，阻尼系数可以预先设置或者实时计算，实现了阻尼系数可调，从而实现了减摆参数可调，增加了主动减摆的灵活性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一个实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例中转弯和减摆复合控制方法的控制原理图。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明所提供的一种用于飞机前轮电动转弯和减摆的复合控制方法，包括以下几个步骤：

1、接收转弯或者减摆控制指令，根据该控制指令确定对应的控制模式。控制模式包括转弯控制模式和减摆控制模式，转弯指令对应转弯控制模式，减摆指令对应减摆控制模式。

2、获取转弯控制模式下的前轮电机的力矩/电流的目标值或者减摆控制模式下的前轮电机的阻尼力矩/电流的目标值。

当在转弯控制模式下，根据转弯指令得到前轮角度位置的目标值，再结合前轮角度位置的实时值通过位置控制器获得电机转速的目标值，然后根据前轮电机的转速的目标值和前轮电机的转速的实时值通过转速控制器获得前轮电机的力矩/电流的目标值。前轮角度位置是指前轮转弯的角度，即前轮转角。位置控制器和转速控制器均采用PI控制器，其动态响应快、无扰动。

当在减摆控制模式下，需要根据前轮角度位置的实时值判断是否处于减摆死区范围；本实施例中，减摆死区范围为前轮偏转+1°，该范围由工程经验得到。

当在减摆死区范围之外时，根据阻尼系数和前轮角度位置的实时值计算出前轮电机的阻尼力矩/电流的目标值；当在减摆死区范围之内时，生成PWM封锁信号，将前轮电机驱动封锁。通过设置减摆死区范围而将前轮电机驱动封锁，在减摆死区范围内对前轮电机不输入驱动信号，避免了前轮电机频繁动作，减少了对前轮的扰动。

在本实施例中，阻尼系数的获取方式有两种，一是预先设置，预先设置的阻尼系数为固定值，该值是由飞机前轮所需的最小阻尼比来确定的。另一种是实时计算，由阻尼系数的增量与前轮转弯的加速度成正比而实时计算阻尼系数的值，加速度越大，阻尼系数的增量越大，实时阻尼系数在最大阻尼系数和最小阻尼系数范围内随着转弯加速度的变化而变化，实时阻尼系数为最小阻尼系数加上增量。阻尼系数最小值需满足发生前轮摆动三个周期后，在阻尼力矩作用下，其振幅衰减至初始扰动的四分之一。而阻尼系数最大值所对应的阻尼力矩要小于滑跑时前轮的操纵力矩以及电机本身的最大输出力矩。前轮转弯的加速度是指前轮转弯过程中的加速度。

3、根据步骤2的目标值生成PWM调节信号，再根据PWM调节信号实现对前轮电机的运行控制，从而实现前轮的转弯或者减摆功能。本实施例中，被控的前轮电机为永磁无刷直流电机，其工作方式为三相六状态，120度导通。

PWM调节信号是由力矩/电流控制器根据前轮电机的力矩/电流的实时值和目标值（两种控制模式下的目标值）而生成的，力矩/电流控制器采用PI控制器。PWM调节信号再通过电机驱动单元实现前轮电机四象限运行的控制，本实施例中，电机驱动单元采用三相全桥式电路。

本发明的复合控制方法，根据不同的控制指令确定不同的控制模式，即转弯控制模式或者减摆控制模式，在转弯控制模式下获得电机力矩/电流的目标值，在减摆控制模式下获得阻尼力矩/电流的目标值，根据该目标值和电机力矩/电流的实时值生成PWM调节信号，由PWM调节信号实现对同一电机的运行控制，该方法可以在两种控制模式下切换而通过同一电机实现前轮的转弯和减摆的功能切换，实现了通过一套电机执行机构来实现转弯和减摆两种功能，简化了执行机构的结构，降低了起落架的重量。

一种利用上述方法实现飞机前轮电动转弯和减摆的复合控制系统，包括：

功能切换单元，用于接收控制指令，且根据该控制指令切换至转弯控制模式或者减摆控制模式；

转弯控制单元，用于根据转弯指令获得前轮角度位置的目标值，再根据前轮角度位置的目标值和前轮角度位置的实时值得到前轮电机的转速的目标值，然后根据前轮电机的转速的目标值和前轮电机的转速的实时值得到前轮电机的力矩/电流的目标值；

减摆控制单元，用于根据前轮角度位置的实时值判断是否在减摆死区范围内，如果不在减摆死区范围内，则根据阻尼系数和前轮角度位置的实时值计算出前轮电机的阻尼力矩/电流的目标值；如果在减摆死区范围内，则生成电机PWM封锁信号；

PWM生成单元，用于根据前轮电机的力矩/电流的目标值或者前轮电机的阻尼力矩/电流的目标值生成PWM调节信号；

电机驱动单元，用于根据所述PWM调节信号或者PWM封锁信号来驱动前轮电机的运行。

以上所揭露的仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或变型，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用于飞机前轮电动转弯和减摆的复合控制方法，在两种控制模式下切换而通过同一电机实现前轮的转弯和减摆的功能切换，其特征在于，包括以下几个步骤：

步骤1：接收转弯或者减摆控制指令，根据该控制指令确定对应的控制模式；

步骤2：获取转弯控制模式下前轮电机的力矩/电流的目标值或者减摆控制模式下前轮电机的阻尼力矩/电流的目标值；

步骤3：根据所述步骤2的目标值生成PWM调节信号，再根据所述PWM调节信号实现对前轮电机的运行控制，从而实现前轮的转弯或者减摆功能；

所述步骤2中，在减摆控制模式下，根据前轮角度位置的实时值判断是否处于减摆死区范围；

当在减摆死区范围之外时，根据阻尼系数和前轮角度位置的实时值计算出前轮电机的阻尼力矩/电流的目标值；当在减摆死区范围之内时，生成PWM封锁信号，将前轮电机驱动封锁。

2.如权利要求1所述的复合控制方法，其特征在于，所述步骤2中，在转弯控制模式下，根据转弯指令得到前轮角度位置的目标值，再结合前轮角度位置的实时值通过位置控制器获得前轮电机的转速的目标值，然后根据前轮电机的转速的目标值和转速的实时值通过转速控制器获得前轮电机的力矩/电流的目标值。

3.如权利要求2所述的复合控制方法，其特征在于，所述位置控制器和转速控制器均采用PI控制器。

4.如权利要求1所述的复合控制方法，其特征在于，所述阻尼系数为预设阻尼系数或者实时阻尼系数。

5.如权利要求4所述的复合控制方法，其特征在于，所述预设阻尼系数为固定值，由飞机前轮所需的最小阻尼比来确定。

6.如权利要求4所述的复合控制方法，其特征在于，所述实时阻尼系数是根据阻尼系数的增量与前轮转弯的加速度成正比而计算得到的。

7.如权利要求1所述的复合控制方法，其特征在于，所述步骤3中，PWM调节信号是由力矩/电流控制器根据前轮电机的力矩/电流的实时值和所述目标值而生成的，所述力矩/电流控制器采用PI控制器。

8.如权利要求1所述的复合控制方法，其特征在于，所述步骤3中，PWM调节信号通过电机驱动单元实现前轮电机四象限运行的控制，所述电机驱动单元采用三相全桥式电路。

9.一种利用权利要求1-8任一所述的复合控制方法实现飞机前轮电动转弯和减摆的复合控制系统，其特征在于，包括：

功能切换单元，用于接收控制指令，且根据该控制指令切换至转弯控制模式或者减摆控制模式；

转弯控制单元，用于根据转弯指令获得前轮角度位置的目标值，再根据前轮角度位置的目标值和前轮角度位置的实时值得到前轮电机转速的目标值，然后根据前轮电机转速的目标值和前轮电机转速的实时值得到前轮电机力矩/电流的目标值；

减摆控制单元，用于根据前轮角度位置的实时值判断是否在减摆死区范围内，如果不在减摆死区范围内，则根据阻尼系数和前轮角度位置的实时值计算出前轮电机阻尼力矩/电流的目标值；如果在减摆死区范围内，则生成前轮电机PWM封锁信号；

PWM生成单元，用于根据前轮电机力矩/电流的目标值或者前轮电机阻尼力矩/电流的目标值生成PWM调节信号；

电机驱动单元，用于根据所述PWM调节信号或者PWM封锁信号来驱动前轮电机的运行。

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