CN112861259A - 一种刹车控制抑制起落架振动的方法及装置 - Google Patents

一种刹车控制抑制起落架振动的方法及装置 Download PDF

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Abstract

本公开提供了一种刹车控制抑制起落架振动的方法和装置，该方法包括建立刹车控制模型、确定性能指标函数、模型预测控制等步骤。其中，所述性能指标函数基于系统关键指标设计，所述系统关键指标包括刹车效率、减速率、起落架形变等。本公开所述的刹车控制抑制起落架振动的方法利用模型预测控制，将起落架振动信息作为性能指标函数的其中一项，与刹车效率等关键指标共同作为控制系统优化目标，可以提供更稳定的控制性能，并做到兼顾刹车效率与抑制起落架振动，确保最终设计所得控制结果在不影响刹车效率的前提下抑制起落架与刹车系统之间的耦合振动。

Description

一种刹车控制抑制起落架振动的方法及装置
技术领域
本公开属于飞机刹车技术领域，具体涉及一种刹车控制抑制起落 架振动的方法及装置。
背景技术
刹车过程中，由于防滑刹车系统工作引起机轮刹车力矩改变，导 致轮胎与跑道间的摩擦力(即结合力)发生变化，刹车力矩交变频率接 近起落架的共振频率时，会引起起落架的共振，影响飞机舒适性与滑行 安全。
在刹车系统的作用下，起落架系统会受到复杂多变的摩擦力，从 而引发不同类型的起落架结构振动。传统的刹车控制律设计过程中，通 常只将刹车效率等参数作为优化对象，忽视了刹车过程中存在的起落架 振动问题，导致交变的刹车压力与起落架结构产生耦合振动，缺乏振动 抑制方案。在设计刹车控制律过程中，可将起落架振动情况作为优化目标之一，设计出兼顾刹车效率和抑制起落架振动的刹车控制策略。
发明内容
为了解决上述技术问题中的至少一个，本公开提供了一种刹车控 制抑制起落架振动的方法。
本公开基于模型预测控制，针对刹车过程起落架受刹车诱导振动 问题，利用包含起落架形变等振动信息的模型，将起落架形变、刹车压 力与刹车效率、减速率等参数共同作为约束目标，设计评价函数，提出 一种通过刹车控制律的优化设计来抑制起落架振动的方法，可通过刹车 控制实现对起落架耦合振动的抑制。
本公开的技术方案如下：
一种刹车控制抑制起落架振动的方法，包括以下步骤：
建立刹车控制模型，所述刹车控制模型包括飞机运动学模型、起 落架模型、刹车装置模型；
确定性能指标函数，所述性能指标函数基于系统关键指标确定， 所述系统关键指标包括刹车效率、减速率、起落架形变；
基于已建立的刹车控制模型和确定的性能指标函数，形成t时 刻最优输入序列，并得到t时刻预测输出信息，所述t时刻最优输入序列 为使t时刻预测时性能指标函数值最小的序列。
在本公开的至少一个实施例中，还包括以下步骤：
基于所述t时刻预测输出信息对所建立的刹车控制模型进行修 正。
在本公开的至少一个实施例中，还包括以下步骤：
将所述t时刻预测输出信息作为历史信息，将所述t时刻最优 输入序列作为控制输入序列，输入到所述刹车控制模型中，形成t+1时刻 最优输入序列，输出t+1时刻预测输出信息。
在本公开的至少一个实施例中，所述起落架模型基于梁模型理 论建立，所述起落架模型获取起落架动力学信息；所述起落架模型可通 过状态观测反映到所述刹车控制模型中，实时反映振动情况。
在本公开的至少一个实施例中，所述起落架模型可通过状态观 测实时反应振动情况。
在本公开的至少一个实施例中，所述性能指标函数J(t)表达形 式为：所述性能指标函数J(t)表达形式为：
Figure RE-GDA0003003840100000031
式中，
ΔuM(t)为输入控制增量，
yr(t)为目标输出，
Figure BDA0002911275910000032
为预测输出；
Q为误差权重矩阵，
R为控制权重矩阵，
Q、R皆为对角矩阵。
所述系统关键指标即式中yr(t)，每一项关键指标为向量yr(t)的 一个维度，根据不同的设计需求，向量yr(t)的维度也不同，从而对角矩 阵Q的维度也不同。
在本公开的至少一个实施例中，所述t时刻最优输入序列，为 性能指标函数值最小的序列。
在本公开的至少一个实施例中，所述起落架模型可通过状态观 测实时反应振动情况。
在本公开的至少一个实施例中，所述系统关键指标还包括抖振 角度。
在本公开的至少一个实施例中，所述状态信息包括飞机速度、 刹车压力、起落架振动位移。
另一方面，还提供一种刹车控制抑制起落架振动装置，所述装 置包括处理器和存储器，所述存储器中存储有适于所述处理器执行的计 算机程序指令，所述计算机程序指令被所述处理器运行时执行上述的刹 车控制抑制起落架振动的方法中的一个或多个步骤。
本公开所述的刹车控制抑制起落架振动的方法，其优势在于比 起传统刹车控制方法，能够做到兼顾刹车效率、减速率等关键参数的同 时，将起落架振动参数作为考虑因素，有效避免起落架受刹车压力影响 产生耦合振动。其优点在于：
(1)提出一种通过刹车控制抑制起落架振动的方法，利用模 型预测控制，将起落架振动信息作为性能指标函数的其中一项，与刹车 效率等关键指标共同作为控制系统优化目标。
(2)与传统刹车控制方法如PID、PBM等控制方法相比，本 发明所述刹车控制方法可以提供更稳定的控制性能，并做到兼顾刹车效 率与抑制起落架振动。
(3)本发明在飞机刹车模型预测控制中使用的起落架模型包 含了起落架形变在内的振动信息，将起落架振动作为性能指标函数的关 键输入，并给予一定的权重，确保最终设计所得控制结果在不影响刹车 效率的前提下抑制起落架与刹车系统之间的耦合振动。
注：PID为比例-积分-微分控制器，PBM为压力偏调控制，由 瞬时级、微分级、偏压级组成，常用于与PID组合控制，如PID+PBM、 PD+PBM等。
附图说明
附图示出了本公开的示例性实施方式，并与其说明一起用于解 释本公开的原理，其中包括了这些附图以提供对本公开的进一步理解， 并且附图包括在本说明书中并构成本说明书的一部分。
图1为本公开所述刹车控制抑制起落架振动的方法的控制原理 图。
具体实施方式
下面结合附图和实施方式对本公开作进一步的详细说明。可以理 解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于解释相关内容，而非对本公 开的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本 公开相关的部分。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的实施方式及实施 方式中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施方式来详细说 明本公开。
需要说明的是，文中的步骤编号，仅为了方便具体实施例的解释， 不作为限定步骤执行先后顺序的作用。
本公开一些实施例提供的方法可以由相关的处理器执行，且下文 均以处理器作为执行主体为例进行说明。其中，执行主体可以根据具体 案例进行调整，如服务器、电子设备、计算机等。
如图1所示，一种刹车控制抑制起落架振动的方法，包括以下步 骤：
建立刹车控制模型，根据具体的起落架信息与刹车系统设计，建 立包括起落架模型、刹车装置模型、飞机运动学模型在内的刹车控制模 型；其中，起落架模型包含常规的动力学信息，并可通过状态观测实时 反应振动情况。
所述刹车控制模型的建立基于动力学分析，通过综合考虑刹车系 统各部分的作用及各部分之间的相互作用关系，包括飞机机体、起落架、 机轮、轮胎、传感器等，建立飞机机体六自由度运动学模型、起落架动 力学模型、机轮动力学模型、轮胎和跑道间结合系数模型、结合力矩计 算单元模型、作动器模型、刹车装置模型等，通过各子模型之间的相互作用建立系统整体刹车控制模型。各部分子模型的不同建模方法会对系 统模型的精确度产生影响，从而影响模型控制效果。
示例性的，基于梁模型理论建立起落架模型，可有效减少使用有 限元软件的计算量，且相比传统的起落架简化动力学模型更能反映真实 的起落架运动参数，在获取起落架动力学信息的同时，可将起落架的形 变及振动模态等参数反映到系统模型特性中，用于性能指标函数的评定 阶段。
确定性能指标函数，所述性能指标函数基于系统关键指标确定， 所述系统关键指标包括刹车效率、减速率、起落架形变、抖振角度，并 将起落架形变、抖振角度给予一定的权重；
所述性能指标函数J(t)表达形式为：
Figure RE-GDA0003003840100000061
式中，ΔuM(t)为输入控制增量，
yr(t)为目标输出，
Figure RE-GDA0003003840100000062
为预测输出；
Q为误差权重矩阵，
R为控制权重矩阵，
Q、R皆为对角矩阵。
所述系统关键指标即式中yr(t)，每一项关键指标为向量yr(t) 的一个维度，根据不同的设计需求，向量yr(t)的维度也不同，从而对 角矩阵Q的维度也不同。
目标输出yr(t)与预测输出
Figure BDA0002911275910000063
之间的误差通过误差权重矩 阵Q确定在性能指标函数中的占比，输入控制增量则通过控制权重矩 阵R确定。
所述起落架形变、抖振角度的权重，通过不断调整，并输入至刹 车控制模型中得到良好的输出效果来确定的，调整方法为令Q为单位对 角矩阵，调整R中权重系数值，再对Q进行微调。
基于已建立的刹车控制模型和确定的性能指标函数，形成t时刻最 优输入序列，并得到t时刻预测输出信息，所述t时刻最优输入序列为使 t时刻预测时性能指标函数值最小的序列。
所述t时刻最优输入序列，采用仿真计算不同输入序列所得输出， 计算对应性能指标函数的值，选取使t的性能指标函数值最小序列，作为 t时刻最优输入序列。
基于已建立的刹车控制模型和确定的性能指标函数，形成t时刻最 优输入序列，并得到t时刻预测输出信息，所述t时刻最优输入序列为使 t时刻预测时性能指标函数值最小的序列。
基于所述t时刻预测输出信息对所建立的刹车控制模型进行修正。 具体修正方式为：
将t时刻预测输出信息作为历史信息，将t时刻最优输入序列作为 控制输入序列，输入到所述刹车控制模型中，形成t+1时刻最优输入序列， 输出t+1时刻预测输出信息。
所述模型修正的过程为：t时刻将控制序列u(t)施加到预测模型 上可得下一时刻t+1的预测输出
Figure BDA0002911275910000071
此时可将
Figure BDA0002911275910000072
作为下一时间 点t+1的初始预测输出
Figure BDA0002911275910000073
为修正模型偏差及外部扰动带来的偏 差，对预测值进行反馈校正。因此在t+1时刻获取真实输出y(t+1)及 预测输出
Figure BDA0002911275910000074
计算预测误差
Figure BDA0002911275910000075
利用反馈误差得到校正预测值
Figure BDA0002911275910000076
将此预测值作为 下一时刻的初始预测输出
Figure BDA0002911275910000077
本公开的一些实施例还提供一种刹车控制抑制起落架振动装置， 该装置包括处理器和存储器。
处理器用于支持刹车控制抑制起落架振动装置执行上述任一实施 例所述的刹车控制抑制起落架振动方法中的一个或多个步骤。处理器可 以是中央处理单元(CentralProcessing Unit，简称CPU)，还可以是其他 通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可 编程门阵列(FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。其中，通用处理器可以是微处理器或者该处理 器也可以是任何常规的处理器等。本公开的一些实施例还提供一种页岩 气多级压裂水平井台阶梯度压降开发装置，该装置包括处理器和存储器。
所述存储器中存储有适于所述处理器执行的计算机程序指令，所 述计算机程序指令被所述处理器运行时执行上述任一实施例所述的页岩 气多级压裂水平井台阶梯度压降开发方法中的一个或多个步骤。
存储器可以是只读存储器(Read-Only Memory，ROM)或可存储 静态信息和指令的其他类型的静态存储设备，随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)或者可存储信息和指令的其他类型的动态存储设 备，也可以是电可擦可编程只读存储器(ElectricallyErasable Programmable Read-Only Memory，EEPROM)、只读光盘(Compact Disc Read-Only Memory，CD-ROM)或其他光盘存储、光碟存储(包括压缩 光碟、激光碟、光碟、数字通用光碟、蓝光光碟等)、磁盘存储介质或者 其他磁存储设备、或者能够用于携带或存储具有指令或数据结构形式的 期望的程序代码并能够由计算机存取的任何其他介质，但不限于此。存 储器可以是独立存在，通过通信总线与处理器相连接。存储器也可以和 处理器集成在一起。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例/方式”、“一些实施 例/方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实 施例/方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的 至少一个实施例/方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表 述不必须针对的是相同的实施例/方式或示例。而且，描述的具体特征、 结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例/方式或示例中以合适的 方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本 说明书中描述的不同实施例/方式或示例以及不同实施例/方式或示例的 特征进行结合和组合。
此外，在本公开的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个， 三个等，除非另有明确具体的限定。“和/或”仅仅是描述关联对象的关联 关系，表示三种关系，例如，A和/或B，表示为：单独存在A，同时存 在A和B，单独存在B这三种情况。术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、 “外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅 是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元 件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对 本公开的限制。同时，在本公开的描述中，除非另有明确的规定和限定， 术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以 是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电性连接； 可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技 术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本公开中的具体含义。
本领域的技术人员应当理解，上述实施方式仅仅是为了清楚地说 明本公开，而并非是对本公开的范围进行限定。对于所属领域的技术人 员而言，在上述公开的基础上还可以做出其它变化或变型，并且这些变 化或变型仍处于本公开的范围内。

Claims (9)

1.一种刹车控制抑制起落架振动的方法，其特征在于，包括以下步骤：
建立刹车控制模型，所述刹车控制模型包括飞机运动学模型、起落架模型、刹车装置模型；
确定性能指标函数，所述性能指标函数基于系统关键指标确定，所述系统关键指标包括刹车效率、减速率、起落架形变；
基于已建立的刹车控制模型和确定的性能指标函数，形成t时刻最优输入序列，并得到t时刻预测输出信息，所述t时刻最优输入序列为使t时刻预测时性能指标函数值最小的序列。
2.根据权利要求1所述的刹车控制抑制起落架振动的方法，其特征在于，还包括以下步骤：
基于所述t时刻预测输出信息对所建立的刹车控制模型进行修正。
3.根据权利要求2所述的刹车控制抑制起落架振动的方法，其特征在于，还包括以下步骤：
将所述t时刻预测输出信息作为历史信息，将所述t时刻最优输入序列作为控制输入序列，输入到所述刹车控制模型中，形成t+1时刻最优输入序列，输出t+1时刻预测输出信息。
4.根据权利要求1-3任一项所述的刹车控制抑制起落架振动的方法，其特征在于，
所述起落架模型基于梁模型理论建立，基于所述起落架模型获取起落架动力学信息。
5.根据权利要求1-3任一项所述的刹车控制抑制起落架振动的方法，其特征在于，所述性能指标函数J(t)表达形式为：
Figure RE-FDA0003003840090000021
式中，ΔuM(t)为输入控制增量，
yr(t)为目标输出，
Figure RE-FDA0003003840090000022
为预测输出；
Q为误差权重矩阵，
R为控制权重矩阵，
Q、R皆为对角矩阵。
6.根据权利要求1-3所述的刹车控制抑制起落架振动的方法，其特征在于，
基于所述起落架模型，通过状态观测实时反应振动情况。
7.根据权利要求1-3任一项所述的刹车控制抑制起落架振动的方法，其特征在于，
所述系统关键指标还包括抖振角度。
8.根据权利要求1-3任一项所述的刹车控制抑制起落架振动的方法，其特征在于，
所述状态信息包括飞机速度、刹车压力、起落架振动位移。
9.一种刹车控制抑制起落架振动装置，其特征在于，所述装置包括处理器和存储器，所述存储器中存储有适于所述处理器执行的计算机程序指令，所述计算机程序指令被所述处理器运行时执行如权利要求1-8中任一项所述的刹车控制抑制起落架振动的方法中的一个或多个步骤。
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