CN111252240B - 一种用于飞机前轮电动减摆的控制方法及控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于飞机前轮电动减摆的控制方法及控制系统，所述控制方法针对飞机前轮电动转向系统，在正常时采用自动控制模式，通过控制电动机构中三相无刷直流电机的运行，实现了飞机前轮的电动减摆功能；在手动控制模式或故障状态下，通过功率继电器使电机主电路切换至功率电阻模块，由功率电阻模块消耗前轮摆振能量，实现了飞机前轮的电动减摆功能；该方法无论是在正常状态还是故障状态，均能实现飞机前轮的电动减摆控制，具有更高的安全性和可靠性。

Description

一种用于飞机前轮电动减摆的控制方法及控制系统
技术领域
本发明属于飞机前轮减摆控制领域，尤其涉及一种用于飞机前轮电动减摆的控制方法及控制系统。
背景技术
前轮减摆作为飞机的重要功能，目前具体实现一般采用常见的液压式减摆作动器。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的缺点，导致灵活性差。随着小型飞机全电化，主机已不再提供相应的液压系统，前轮减摆功能只能依靠全电动机构来实现；同时，随着飞机在安全性和可靠性方面的要求越来越高，需要保证系统故障时的安全性。
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减摆的控制方法控制方法及控制系统，以实现安全可靠的飞机电动减摆控制，提高电动减摆控制的灵活性。
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减摆的控制方法，在电机驱动器与三相电机之间串接功率继电器，所述功率继电器的公共端与三相电机的三相输入端连接，功率继电器的常开端与电机驱动器的三相输出端连接，功率继电器的常闭端与功率电阻模块连接，功率继电器的线圈与控制器的输出端连接，具体方法包括以下步骤：
步骤1：在自动控制模式下，所述常开端闭合，控制器根据减摆控制指令对三相电机进行运行控制，实现前轮电动减摆控制；
步骤2：在手动控制模式或故障状态下，所述常闭端闭合，三相电机通过所述功率电阻模块消耗前轮摆振能量，实现前轮电动减摆控制。
本发明所述控制方法针对飞机前轮电动转向系统，在正常时采用自动控制模式，通过控制电动机构中三相电机的运行，实现了飞机前轮的电动减摆功能；在手动控制模式或故障状态下，通过功率继电器使三相电机主电路切换至功率电阻模块，由功率电阻模块消耗前轮摆振能量，实现了飞机前轮的电动减摆功能；该方法无论是在正常状态还是故障状态，均能实现飞机前轮的电动减摆控制，具有更高的安全性和可靠性。
进一步地，所述步骤1中，在对三相电机进行运行控制之前，先根据前轮角度位置的实时值判断是否处于减摆死区范围内：
当处于减摆死区范围之外时，控制器根据减摆控制指令生成PWM调节信号，对所述三相电机进行运行控制；
当处于减摆死区范围之内时，控制器根据减摆控制指令生成PWM封锁信号，将所述电机驱动器封锁。
通过减摆死区范围将电机驱动器封锁，在减摆死区范围内对三相电机不输入驱动信号，避免了三相电机频繁动作，减少了对前轮的扰动。
进一步地，所述减摆死区范围为前轮偏转±1°。
进一步地，所述PWM调节信号的生成过程包括：
步骤1.1：根据前轮角度位置的实时值和阻尼系数计算出三相电机阻尼力矩/电流的目标值；
步骤1.2：根据三相电机力矩/电流的实时值和三相电机阻尼力矩/电流的目标值生成PWM调节信号。
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。
通过预设或者接收飞控机的通信指令得到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，所述实时阻尼系数通过飞控机的通信指令来得到。
进一步的，所述功率电阻模块由三个功率电阻构成，所述三个功率电阻呈三角型连接或者呈星型连接。
本发明还提供一种用于飞机前轮电动减摆的控制系统，包括：控制器、电机驱动器、三相电机、功率继电器以及功率电阻模块；所述控制器的输入端与飞控机通讯连接，控制器的输出端分别与电机驱动器的输入端、功率继电器的线圈连接，所述电机驱动器的三相输出端与功率继电器的常开端连接，所述功率继电器的常闭端与功率电阻模块连接，功率继电器的公共端与所述三相电机的三相输入端连接；
所述控制器，用于在自动控制模式下，使功率继电器的常开端闭合，并根据减摆控制指令生成PWM信号对三相电机进行运行控制，实现前轮电动减摆控制；还用于在手动控制模式或故障状态下，使功率继电器的常闭端闭合，使三相电机通过所述功率电阻模块消耗前轮摆振能量，实现前轮电动减摆控制。
进一步地，所述控制器具体包括减摆控制单元、PWM调节信号生成单元以及继电器控制单元；
所述减摆控制单元，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三相电机阻尼力矩/电流的目标值；如果在减摆死区范围内，则生成三相电机PWM封锁信号；
所述PWM调节信号生成单元，用于根据三相电机力矩/电流的实时值和三相电机阻尼力矩/电流的目标值生成PWM调节信号；通过PWM调节信号或PWM封锁信号对三相电机进行运行控制；
所述继电器控制单元，用于在自动控制模式下，使功率继电器的常开端闭合；在手动控制模式或故障状态下，使功率继电器的常闭端闭合，其中所述故障状态包括系统失电的情况。
与现有技术相比，本发明所提供的一种用于飞机前轮电动减摆的控制方法及控制系统，在正常时采用自动控制模式，通过控制三相电机的运行，实现了飞机前轮的电动减摆功能；在手动控制模式或故障状态下，通过功率继电器切换至功率电阻模块，功率电阻模块消耗了前轮摆振能量，实现了飞机前轮的电动减摆功能；该方法无论是在正常状态还是故障状态，均能实现飞机前轮的电动减摆控制，具有更高的安全性和可靠性；本发明的控制方法及控制系统在生成PWM信号时，通过预设或者接收飞控机的通信指令得到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。
本发明的控制方法及控制系统执行机构的结构简单，控制过程安全可靠，且灵活。
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是本发明实施例中一种用于飞机前轮电动减摆的控制系统的结构示意图；
图2是本发明实施例中PWM调节信号的生成过程图。
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减摆的控制方法，在电机驱动器与三相电机之间串接功率继电器，功率继电器至少包括三组触点，三组触点中的三个公共端分别与三相电机的A/B/C相输入端连接，三组触点中的三个常开端与电机驱动器的A/B/C相输出端连接，三组触点中的三个常闭端与功率电阻模块连接，功率继电器的线圈与控制器的输出端连接，具体方法包括以下步骤：
1、在自动控制模式下，三个常开端闭合，控制器根据减摆控制指令对三相电机进行运行控制，实现前轮电动减摆控制。
飞控机向控制器发出减摆控制指令，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内：当处于减摆死区范围之外时，控制器根据减摆控制指令生成PWM调节信号，对三相电机进行运行控制；当处于减摆死区范围之内时，控制器根据减摆控制指令生成PWM封锁信号，将电机驱动器封锁。
本实施例中，三相电机是指前轮的电机，三相电机本体采用永磁无刷直流电机，其工作方式为三相六状态、120°导通，三相电机本体通过减速器与飞机前轮机构连接。前轮角度位置是指前轮转角，前轮角度位置的实时值可以通过角度传感器测得。通过减摆死区的判断，在减摆死区范围内对三相电机不输入驱动信号，避免了三相电机频繁动作，减少了对前轮的扰动。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。
如图2所示，PWM信号包括PWM调节信号和PWM封锁信号，PWM调节信号的生成过程包括以下子步骤：
1.1 根据前轮角度位置的实时值和阻尼系数计算出三相电机阻尼力矩/电流的目标值。
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。另一种是根据飞控机发出的通信指令来获得不同的阻尼系数。通过预设或者飞控机指令得到不同的阻尼系数而实现不同的阻尼力矩，具有阻尼系数可调的优点，实现了减摆参数可调，增加了主动减摆的灵活性。
1.2 根据三相电机力矩/电流的实时值和三相电机阻尼力矩/电流的目标值通过力矩/电流控制器生成PWM调节信号。
本实施例中，三相电机力矩/电流的实时值即为电机驱动器的电流采样值，力矩/电流控制器采用PI控制器。PWM调节信号通过电机驱动器实现前轮三相电机四象限运行的控制，本实施例中，电机驱动器采用三相全桥式电路。
2、在手动控制模式或故障状态下，三个常闭端闭合，三相电机通过功率电阻模块消耗前轮摆振能量，实现前轮电动减摆控制。
在自动控制模式下，由控制器、电机驱动器以及三相电机构成控制回路，通过控制器对三相电机的控制实现了飞机前轮的电动减摆控制功能，当切换至手动控制模式，或者检测到故障而使控制器发出故障指令，或者失电情况下，功率继电器动作，三个常闭端闭合，使三相电机与功率电阻模块接通，通过功率电阻模块来消耗前轮的摆振能量，保证了手动控制模式或故障状态时系统的安全和可靠。本实施例中，控制器具备故障检测功能，具体的故障检测包括控制器状态自检，电机驱动器的故障检测以及过压过流故障检测。
功率电阻模块由三个功率电阻构成，三个功率电阻呈三角型连接或者呈星型连接，在手动控制模式或故障状态下，起到消耗前轮摆振能量的作用，从而实现了飞机前轮的电动减摆控制。
在自动控制模式下，通过阻尼系数和前轮角度位置的实时值实现了电磁阻尼控制，具有阻尼系数可调的优点，增加了主动减摆控制的灵活性，在手动控制模式或故障状态下，通过功率电阻模块消耗了飞机前轮摆振能量，具有安全可靠的优点。
如图1所示，本发明还提供一种用于飞机前轮电动减摆的控制系统，包括：控制器、电机驱动器、三相电机、功率继电器以及功率电阻模块；所述控制器的输入端与飞控机通讯连接，控制器的输出端分别与电机驱动器的输入端、功率继电器的线圈连接，所述电机驱动器的三相输出端与功率继电器的常开端连接，所述功率继电器的常闭端与功率电阻模块连接，功率继电器的公共端与所述三相电机的三相输入端连接；
控制器，用于在自动控制模式下，使功率继电器的常开端闭合，并根据减摆控制指令生成PWM信号对三相电机进行运行控制，实现前轮电动减摆控制；还用于在手动控制模式或故障状态下，使功率继电器的常闭端闭合，使三相电机通过所述功率电阻模块消耗前轮摆振能量，实现前轮电动减摆控制。
控制器具体包括减摆控制单元、PWM调节信号生成单元以及继电器控制单元；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三相电机阻尼力矩/电流的目标值；如果在减摆死区范围内，则生成三相电机PWM封锁信号；PWM调节信号生成单元，用于根据三相电机力矩/电流的实时值和三相电机阻尼力矩/电流的目标值生成PWM调节信号；通过PWM调节信号或PWM封锁信号对三相电机进行运行控制；继电器控制单元，用于在自动控制模式下，使功率继电器的常开端闭合；在手动控制模式或故障状态下，使功率继电器的常闭端闭合，其中，故障状态包括系统失电等情况。
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 (10)

1.一种用于飞机前轮电动减摆的控制方法，其特征在于：在电机驱动器与三相电机之间串接功率继电器，所述功率继电器的公共端与三相电机的三相输入端连接，功率继电器的常开端与电机驱动器的三相输出端连接，功率继电器的常闭端与功率电阻模块连接，功率继电器的线圈与控制器的输出端连接，具体方法包括以下步骤：
步骤1：在自动控制模式下，所述常开端闭合，控制器根据减摆控制指令对三相电机进行运行控制，实现前轮电动减摆控制；
步骤2：在手动控制模式或故障状态下，所述常闭端闭合，三相电机通过所述功率电阻模块消耗前轮摆振能量，实现前轮电动减摆控制。
2.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于：所述步骤1中，在对三相电机进行运行控制之前，先根据前轮角度位置的实时值判断是否处于减摆死区范围内：
当处于减摆死区范围之外时，控制器根据减摆控制指令生成PWM调节信号，对所述三相电机进行运行控制；
当处于减摆死区范围之内时，控制器根据减摆控制指令生成PWM封锁信号，将所述电机驱动器封锁。
3.如权利要求2所述的控制方法，其特征在于：所述减摆死区范围为前轮偏转±1°。
4.如权利要求2所述的控制方法，其特征在于：所述PWM调节信号的生成过程包括：
步骤1.1：根据前轮角度位置的实时值和阻尼系数计算出三相电机阻尼力矩/电流的目标值；
步骤1.2：根据三相电机力矩/电流的实时值和三相电机阻尼力矩/电流的目标值生成PWM调节信号。
5.如权利要求4所述的控制方法，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。
6.如权利要求5所述的控制方法，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。
7.如权利要求5所述的控制方法，其特征在于：所述实时阻尼系数通过飞控机的通信指令来得到。
8.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于：所述功率电阻模块由三个功率电阻构成，所述三个功率电阻呈三角型连接或者呈星型连接。
9.一种用于飞机前轮电动减摆的控制系统，其特征在于，包括：控制器、电机驱动器、三相电机、功率继电器以及功率电阻模块；所述控制器的输入端与飞控机通讯连接，控制器的输出端分别与电机驱动器的输入端、功率继电器的线圈连接，所述电机驱动器的三相输出端与功率继电器的常开端连接，所述功率继电器的常闭端与功率电阻模块连接，功率继电器的公共端与所述三相电机的三相输入端连接；
所述控制器，用于在自动控制模式下，使功率继电器的常开端闭合，并根据减摆控制指令生成PWM信号对三相电机进行运行控制，实现前轮电动减摆控制；还用于在手动控制模式或故障状态下，使功率继电器的常闭端闭合，使三相电机通过所述功率电阻模块消耗前轮摆振能量，实现前轮电动减摆控制。
10.如权利要求9所述的控制系统，其特征在于：所述控制器具体包括减摆控制单元、PWM调节信号生成单元以及继电器控制单元；
所述减摆控制单元，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三相电机阻尼力矩/电流的目标值；如果在减摆死区范围内，则生成三相电机PWM封锁信号；
所述PWM调节信号生成单元，用于根据三相电机力矩/电流的实时值和三相电机阻尼力矩/电流的目标值生成PWM调节信号；通过PWM调节信号或PWM封锁信号对三相电机进行运行控制；
所述继电器控制单元，用于在自动控制模式下，使功率继电器的常开端闭合；在手动控制模式或故障状态下，使功率继电器的常闭端闭合，其中所述故障状态包括系统失电的情况。
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