CN1925308A - 管理特别用于飞行器的机电制动执行器的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种管理机电制动执行器(7)的方法，包括适用于移动面向一叠圆盘的推进器(8)以将制动力选择性地施加到该叠圆盘的电动机，该方法包括以将工作域选为呈现具有基本沿电流/速度平面中绘出的恒定功率曲线(14)延伸的部分的边界(15)的方式，使执行器在电流/速度平面内的给定工作域(D′)内工作的步骤。

Description

管理特别用于飞行器的机电制动执行器的方法

技术领域

本发明涉及管理特别用于飞行器的机电制动执行器的方法。

背景技术

已知有用于管理机电制动执行器的方法，该制动执行器包括适用于移动面向一叠圆盘的推进器以将制动力选择性地施加到该叠圆盘上的电动机。

作为这种制动器的一个例子，图1是安装在飞行器的起落架的轴2上并承载轮缘1(用于容纳未示出的轮胎)的用于飞行器的机电制动器3的截面图。这种制动器3包括固定到轴2的扭管4及在扭管4和轮缘1之间延伸的一叠圆盘5。该叠圆盘5包括被强制与缘1一起旋转的第一圆盘(称为“转子”圆盘)，及与第一圆盘交替排列并被强制与扭管4一起旋转，以使它们不与缘一起旋转的第二圆盘(称为“定子”圆盘)。面向该叠圆盘的是固定到扭管4并承载机电执行器7的环6，每个执行器包括适用于移动面向该叠圆盘5的推进器以按选择性的方式向其施加制动力的电动机(未示出)。

如图2所示，图2是在电流/速度平面中绘出执行器7之一的电动机的工作范围或域的曲线图，所述工作域D以常规方式包括首先由第一直线10(向下倾斜)，其次由第二直线11(垂直线)定义的边界，该第一直线10的斜率取决于电动机的性能和尺寸，且高度由为电动机选择的电源电压确定，该第二直线由电动机工作时不应超过的最大电流(尤其是出于保护与电动机相关联的功率部件)确定。

对于制动执行器典型的工作点首先位于速度轴和第一直线10的交点附近，如工作点12，它对应于推进器8以高速接近圆盘5时的阶段；其次位于电流轴和第二直线11的交点附近，如工作点13，它对应于推进器8将力施加到圆盘5时的状态。

一般而言，在飞行器上，可用功率是有限的，并且重要的是确保执行器不消耗大于最大允许功率P_max的功率以避免触发飞行器的断路器类型的电保护装置。

因此，这种限制导致限定了这样的工作域D，该工作域在电流/速度平面上完全在对应于最大允许功率P_max的恒定功率曲线14下延伸。

这种局限导致执行器的性能未充分利用。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种使机电制动执行器的性能能够提升同时确保消耗的功率不超过最大允许功率的控制方法。

为了达到这个目的，本发明提供了一种管理机电制动执行器的方法，该制动执行器包括适用于移动面向一叠圆盘的推进器，以将制动力选择性地施加到该叠圆盘上的电动机，该方法包括使电动机在电流/速度平面内的给定工作域内工作的步骤，根据本发明，选择该工作域以呈现具有基本沿该电流/速度平面上绘出的恒定功率曲线延伸的部分的边界。

通过选择对应于最大允许功率P_max(或略低一些的功率)的曲线作为恒定功率曲线，以这种方式定义的域使电动机能够在对应于高于现有技术的速度或电流的工作点工作，同时确保电动机不消耗大于最大允许功率的功率。

附图说明

参考附图中的各图，根据下文给出的描述，能更好地理解本发明，附图中，除上述的图1和2外：

图3是示出本发明的一个实现的类似于图2的图；

图4是示出本发明的一个特定实现中执行器之一的电动机的伺服控制的框图，包括位置饱和，速度饱和和电流饱和；

图5是示出图4的框图的细节的图，它示出了速度饱和；

图6是示出图4的框图的细节的图，它示出了电流饱和；

图7是示出图5和10中示出的饱和所涉及的阈值的变化的曲线图；

图8是示出图5、6和10中示出的饱和所涉及的系数的变化的曲线图；

图9是示出图6中示出的饱和所涉及的系数的变化的曲线图；以及

图10是示出图4的框图的细节的视图，它示出了位置饱和。

具体实施方式

参考图3，本发明在于使机电执行器7在大于域D(以点划线绘制)的工作域D′中工作。域D′由第一直线10′和第二直线11′限定，第一直线10′对应于以大于限定图2的第一直线10的电压的电压馈电的发动机，而第二直线11′对应于大于由图2的第二直线11限定的最大电流的最大电流。此外，根据本发明，域D′也由沿对应于功率P_max(同样在图2中可见)的恒定功率曲线14延伸的边界部分15限定。

该新的工作域D′使执行器7能够在能获得更好的性能的工作点工作。因此，执行器7能在工作点12′工作，即以大于与工作点12相关联的速度的速度工作，或者它能在工作点13′工作，即以大于与工作点13相关联的扭矩的扭矩工作。然而，域D′仍然完全位于对应于P_max的恒定功率曲线14之下，使得在工作域D′内操作执行器将由执行器7消耗的功率限于不大于最大功率P_max的功率。

关于上述的本发明的原理，以下是本发明的一个特定实现的详细描述。

参考图4，机电执行器7以常规的方式由反相器20供电，反相器20生成用于装配到执行器7的三相电动机的三相交流电(AC)。反相器20由适用于以基本恒定的电压V传递电流I的电源21供电，并且该反相器是通过生成用于反相器的控制信号 c，以使执行器7的电动机能达到对应于基准角位置 θ的角位置，在用于电动机的基准角位置 θ(对应于面向一叠圆盘的推动器的位置)的基础上伺服控制的。

这里所述的伺服控制包括互相交错的位置环路、速度环路和电流环路。

由制动计算机(未示出)生成的基准角位置 θ最初被施加到位置饱和电路22(下文参考图10更详细描述)，该位置饱和电路被安排成将基准角位置 θ的最大斜率(即基准角位置作为时间的函数的最大变化)限于确定的最大值。这种饱和滤除了在基准角位置中可能需要以高功率工作的突然上升。

位置饱和电路22的输出 θ_sat形成了加法电路23的正输入，加法电路23的负输入由执行器7的电动机的角位置的测量值θ形成，因此形成了位置环路。

加法电路23的输出，即误差ε_θ＝ θ_sat-θ形成了第一比例积分微分(PID)控制器24的输入，其输出为电动机给出了基准旋转速度 Ω(它也与推进器的基准位移速度成正比)。基准速度 Ω服从速度饱和电路25(以下参考图5详细描述)，速度饱和电路25被安排成限制基准速度 Ω以使执行器的工作点不离开域D′。速度饱和电路25的输出 Ω_sat形成加法电路26的正输入，而加法电路26的负输入由执行器7的电动机的旋转速度的测量值Ω形成，由此形成了速度环路。

加法电路26的输出，即误差ε_Ω＝ Ω_sat-Ω形成了第二PID控制器27的输入，其输出形成了基准电流 i。基准电流 i服从电流饱和电路28(以下参考图6详细描述)，电流饱和电路28被安排成限制基准电流 i以使执行器的工作点不离开域D′。电流饱和电路28的输出 i_sat形成了加法电路29的正输入，而加法电路29的负输入由反相器20向执行器7的电动机传递的电流的测量值i_q形成，由此形成了电流环路。值i_q以常规的方式从由反相器20生成的三相电流的瞬时振幅来估算。

最后，加法电路29的输出，即误差ε_i＝ i_sat-i，形成了第三PID控制器30的输入，其输出是控制信号 c。

参考图5，速度饱和电路25首先包括第一限制器40，它限制基准速度 Ω以使对应于该基准速度的工作点( Ω，i_q)保持在工作域D′内。定义取决于电流i_q的阈值F如下：由服从电流i_q且以速度Ω旋转的执行器7的电动机消耗的功率表示如下：

$P=k_1\·\mathrm{\Ω}\·i_q+k_2\·i_q^2$

其中第一项表示由执行器的电动机产生的机械功率，而第二项表示由于焦耳效应而引起的损耗。因此，恒定功率电流曲线14有以下方程式：

$P_{\max }=k_1\·\mathrm{\Ω}\·i_q+k_2\·i_q^2$

其中P_max是事先设定的参数。

对于给定电流i_q，足以将基准速度 Ω限于如下选择的阈值F：

$F=\frac{P_{\max }-k_2\·i_q^2}{k_1\·i_q}$ 对于 $i_q\≤\sqrt{P_{\max }/k_2},$ 否则为0。

在图7中绘出阈值F。阈值F沿着恒定功率曲线P_max到它与横坐标轴相交的点，然后它保持零值。在图7中，能看到第一限制器40的效应，对于给定电流i_q，第一限制器40使基准速度 Ω成为在阈值曲线F上所取的与域D′(图7中以虚线绘制)的边界15重合的值 Ω′，以使工作点在域D′内。

然而，在操作中，因为各种原因(磨损，热，...)，可能会发生用于确定阈值F的参数(实质上是扭矩常数k₁和电阻值k₂)变化的情况。结果，虽然限制器40正确地工作，但功率可能偶然超过功率P_max。

为了防止这种超过，速度饱和电路25包括将系数G应用于第一限制器40的输出 Ω′的安全限制器41，其中系数G取决于馈入反相器20的电源电流I，如下：由反相器20消耗的功率是P＝V·I。因为电源电压V是基本恒定的，因此由反相器20消耗的功率基本随电源电流I变化。因此，功率P_max对应于电流I_max，使得P_max＝V·I_max。在这些情况下，如图8所示，以以下方式选择系数G：只要电源电流I小于阈值电流I_s(例如，电流I_max的90％)，系数G就等于1，然后当电源电流I达到电流I _max 时，系数G线性减小到0。

因此，速度饱和电路25的输出等于 Ω_sat＝G· Ω′。因此，如果反相器20的电源电流I接近电流I_max，则基准速度服从趋向于0的系数，以使推进器减速，然后所消耗的功率降低，由此使电源电流I远离电流I_max。因此，消耗的功率绝不会超过最大功率P_max。

参考图6，电流饱和电路28包括将基准电流 i限于图9所示并取决于速度Ω的阈值F^-1的第一限制器42，在这个例子中将所述阈值选为用于速度饱和电路25的第一限制器40的阈值F的倒数(在图形上，通过在心里交换横坐标轴和纵坐标轴，能看到阈值F^-1与图7的阈值F一样)。

图9示出饱和效应，对于给定速度Ω，使基准电流 i成为位于阈值曲线F^-1上且与工作域D′(图9中以虚线绘出)的边界15重合的值 i′，以使工作点(Ω， i))进入域D′内。

饱和电路28还包括与速度饱和电路25的安全限制器41完全相同的安全限制器43。

最后，参考图10，位置饱和电路23首先包括估算基准位置 θ的时间导数 τ的微分器44。然后将时间导数 τ(具有角速度的维度)施加到与饱和电路25的第一限制器40完全相同的第一限制器45上，由此利用了阈值F并输出值 τ′。该值服从与安全限制器41和43完全相同的安全限制器46，以获得饱和时间导数 τ_sat，该饱和时间导数 τ_sat由时间积分器47处理以提供基准饱和位置 θ_sat，因而工作点( τ_sat，i_q)位于工作域D′内。

本发明不限于以上描述，而是相反，覆盖了由所附权利要求书定义的范围内的任何变体。

特别地，尽管在电流速度平面的第一象限内描述了执行器的工作和本发明的实现，但很明显，本发明能延及所述平面的其它三个象限。因此，每个象限呈现出基本位于恒定的功率曲线上的边界的一部分。

尽管所示的伺服控制利用了位置饱和、速度饱和和电流饱和，但只用这些饱和中的两个，或者甚至只用一个来实现本发明也是可能的。所有这些都用于将执行器的工作点保持在域D′内。自然地，实现的饱和的数量越大，工作点越过域D′的边界的风险越小。然而，增加饱和的数量使伺服控制不稳定，因为每个饱和向伺服控制环路引入延迟。因此，所用的饱和的数量取决于减小工作点离开工作域D′的风险和确保伺服控制稳定的折衷。

尽管示出的饱和电路各自包括其阈值借助电流或测得速度的连续函数来确定的第一限制器，该函数是在给定工作域的情况下完全拟合电流/速度平面中的恒定功率曲线的函数，但构造不完全拟合恒定功率曲线的边界，例如呈现阶梯形的边界也是可能的。

如果没有功率偶尔瞬时地超过最大允许功率的危险，则饱和电路不必有安全限制器。在这一方面，一种用于降低这种超过的风险的技术在于向执行器的工作域提供不沿对应于最大允许功率P_max的恒定功率曲线延伸，而是沿对应于略小的功率值α·P_max的恒定功率曲线延伸的边界，其中α小于1(例如，90％)。

尽管该描述涉及对于执行器的位置伺服控制，但本发明同样适用于力伺服控制。

Claims (6)

1.一种管理机电制动执行器(7)的方法，所述机电制动执行器包括适用于移动面向一叠圆盘的推进器(8)以将制动力选择性地施加到该叠圆盘的电动机，所述电动机在给定电流(i_q)下以旋转速度( Ω)运转，

所述方法包括使所述执行器在由所述电动机的旋转速度( Ω)及其电流(i_q)限定的工作点工作，其中所述工作点位于电流/速度平面内限定的给定工作域(D′)内；

所述方法的特征在于：选择所述工作域(D′)以呈现具有基本沿所述电流/速度平面中绘出的恒定功率曲线(14)延伸的部分的边界(15)。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，使用伺服控制，所述侍服控制包括接收基准电流( i)的电流环路，所述方法包括以使对应于饱和的基准电流( i_sat)和旋转速度(Ω)的工作点保持在所述工作域(D′)内的方式使所述基准电流( i_sat)饱和的步骤。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，实现伺服控制，所述侍服控制包括接收基准速度( Ω)的速度环路，所述方法包括使基准速度饱和以使对应于饱和的基准速度( Ω_sat)和电流(i_q)的工作点保持在所述工作域(D′)内的步骤。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，实现伺服控制，所述侍服控制包括接收基准位置( θ)的位置环路，所述方法包括使基准位置饱和以使对应于饱和的基准位置( θ_sat)的导数( τ_sat)和电流(i_q)的工作点保持在所述工作域(D′)内的步骤。

5.如权利要求2到4中的任一项所述的方法，其特征在于，所述执行器由传递功率的电源(20)供电，并且其中，将所述基准乘以一系数G，如果功率大于或等于所述最大允许功率(P_max)，则G为零。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述电源(20)被安排成以基本恒定的电压(V)传递电源电流(I)，并且其中，测量电源电流(I)并将其与对应于所述最大允许功率(P_max)的最大电流(I_max)进行比较。

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