飞机防滑刹车控制系统LQ最优控制仿真

采用现代控制理论线性二次型(LQ)最优控制理论对飞机自动防滑刹车控制ABS系统进行了深入的分析研究,并利用Matlab最优控制工具箱及Simulink对刹车控制系统进行了仿真,仿真过程综合考虑了飞机机体、机轮轮胎、路面状况、刹车控制装置的特性,以状态空间表达式导出了飞机刹车滑跑的动力学模型,通过调节制动压力来控制机轮的滑移率,使其达到期望值,求出最优反馈矩阵,将反馈矩阵代入仿真模型,最终设计出飞机防滑刹车系统最优鲁棒控制器.      

含单边非完整约束飞机滑跑的建模与仿真方法

当飞机在地面上滑行时,其运动会受到风载荷和不对称刹车力矩的影响.为分析飞机的动力学行为,给出了一种基于非完整非光滑多体系统动力学的建模与数值仿真方法.将飞机视为由机身和前后起落架组成的多体系统,主起落架的轮子为纯滚动,飞机在地面滑跑时考虑前起落架轮子的侧向滑移.飞机在跑道上滑跑的动力学方程由Routh方程导出,用约束稳定化方法抑制约束的漂移.轮与地面间的摩擦模型为库仑摩擦模型并用集值函数描述,以用于判断前轮是否发生侧向滑移.最后通过数值仿真算例分析风载荷和不对称刹车力矩作用下飞机在跑道上滑行的动力学行为.      

基于卡尔曼滤波和ABS控制输入的车速估计

在现有的轮速估计算法基础上,研究了一种基于参数自适应卡尔曼滤波和ABS(Anti-lock Braking System)控制输入的车速估计算法.该算法首先以四轮轮速为输入,利用ABS控制状态信息估计车辆的制动减速度,然后综合减速度和轮速信息分别估计左、右侧的参考车速.使用自适应卡尔曼滤波针对不同的滑移状况更新协方差矩阵,并采用真实的ABS制动试验数据检验所提出的算法,结果表明:该算法在各种路面条件下都能估计得到合理的参考车速.      

改进的BP神经网络在飞机防滑刹车系统的应用

为了在飞机刹车过程中防止打滑和取得最佳刹车效果,提出用BP神经网络构造S_p(最佳滑移率)识别器.为了提高神经网络的学习能力,介绍一种学习步长自适应方法——二阶步长法,讨论了二阶步长法在实际应用中的一些问题并提出了解决方案.在二阶步长法基础上提出了三阶步长法.还提出了合理配置活化函数的方法.综合以上方法对BP算法加以改进,使学习精度和速度都大大提高.      

飞机防滑控制系统的分布式实时仿真

 首先对飞机防滑刹车系统的工作原理进行了较为详细的分析,并建立了系统的数学模型.在此基础上,采用分布式实时仿真系统对系统进行了仿真研究,给出了分布式实时仿真系统的结构方案,讨论了仿真算法、仿真步长的选取等问题.并对某飞机防滑刹车系统在干跑道、湿跑道2种情况下的仿真结果进行了分析.经实验验证,该分布式实时仿真系统具有实时性好,处理能力强等优点.     

飞机软道面安全拦阻系统建模与仿真

飞机在起飞或降落时,如果冲出跑道,拦阻系统能够有效地将飞机拦停,避免对飞机和乘客造成伤害.飞机安全拦阻系统是机场正常工作的重要保障设施.基于此设计了一种新的软道面(soft ground)安全拦阻系统(arresting system),该系统具有结构简单、可靠性高、机动性大、通用程度高等特点.结合飞机六自由度模型和精确的阻力模型,建立了系统的数学模型.此模型能够仿真拦阻系统的工作过程,通过仿真得到拦停距离和起落架载荷等重要参数.与国外真实试验结果进行比较,仿真结果验证了该系统模型的有效性,表明该方法在新机场的建设和现有机场改造中具有广阔的应用前景.     

基于改进多模型的火星大气进入自适应估计方法

针对火星进入过程中大气密度等不确定参数对导航系统状态估计精度的影响,提出了一种基于改进混合专家框架的多模型自适应估计方法。该方法对进入过程中不同的测量信息进行规范化处理,以克服传统多模型自适应估计方法稳定性差、数值下溢等固有缺陷,进一步提高状态估计精度。将其应用于火星不同进入探测方式下的导航场景进行仿真分析。仿真结果表明:该方法在动力学系统模型参数存在不确定扰动时能获得精确的状态估计,可以满足未来定点着陆探测对导航系统的精度需求。     

飞机防滑刹车系统动态特性仿真研究

以国内某现役机种为对象,本文在综合考虑了飞机机体、起落架、轮胎、传感器等特性的基础上,推导了适用于飞机刹车滑跑的动力学模型,该模型重点考虑了起落架和轮胎的动态特性,突出简单、实用和通用性的要求,并加入到相对滑动量控制的电子防滑刹车系统的数字仿真软件中,完善了防滑刹车系统的软件平台,以用来研究飞机系统的动态特性与刹车性能的关系.利用本软件对飞机刹车动态性能作了全面的定量分析,对设计和改进刹车系统有重要的指导意义.      

考虑管路的飞机液压刹车系统压力振荡分析

飞机液压刹车系统通常采用压力伺服阀控制刹车压力,由于布局限制,压力伺服阀和刹车作动器之间往往存在较长的液压管路.管路会给系统引入欠阻尼的频率特性,而且该特性会与压力伺服阀固有的局部压力闭环结构相耦合,使得压力伺服阀的输出压力容易出现振荡、失稳现象.因此通过在飞机液压刹车系统建模中考虑管路模型,在频域上分析了压力伺服阀与管路、容腔耦合的现象和原因,具体给出了管路参数和油液参数变化对压力闭环的影响,并通过时域仿真进一步验证了频域分析的结论.同时分析了匹配设计管路、增加系统阻尼和降低系统增益3种避免压力闭环控制振荡失稳的方法.为飞机液压刹车系统的设计与优化提供了理论参考依据.      

飞机全电刹车系统研究

提出了全电刹车系统的初步设计方案,制定出刹车控制规律并对整个电刹车系统进行数字仿真分析.在系统设计部分中详细写出电机控制部分与结构部分的设计方案;新的刹车控制规律运用了较先进的模糊控制方法;为了分析新的控制规律,对比在各种情况下飞机刹车系统的工作情况,快速找出各个部件参数对系统性能的影响,针对模糊控制规律进行了数字仿真与分析.通过在分析中设置各项部件参数和条件,可以快速的获得分析结果,对新部件的研制提出合理地设计要求.      

基于ECE法规和Ⅰ曲线的机电复合制动控制策略

具有再生制动功能的电动汽车制动系统与传统燃油汽车的摩擦制动系统不同,在回收部分制动能量的同时其制动稳定性会发生变化.在保证安全制动距离的前提下,制动能量回收率的提高受到制动稳定性的制约和限制.针对电制动和常规摩擦制动组成的机电复合制动系统,建立了电制动力、电制动力矩和电池充电功率计算模型.考虑到电机转矩特性和电池充电功率限制,以最大化回收制动能量为目标,设计3种不同的机电复合制动控制策略.通过在ADVISOR软件中建立嵌入式仿真模块对制动能量回收率、电池荷电状态和纯电动模式的续驶里程进行了仿真计算和分析.计算结果表明:I曲线和ECE(Economic Commission of Europe safety regulations)法规边界线都不是理想的制动力分配曲线,所提出的制动力分配曲线OABCD综合性能较好,制动能量回收率达到59.56%,且一个循环的荷电状态变化很小,仅降低了4.29%.实车试验表明能量回收能够提高续驶里程.     

基于制动意图识别的电动汽车能量经济性

制动能量回收是提高电动汽车能量经济性的主要技术措施,准确识别驾驶意图是制动能量回收的关键。分别建立驾驶员收起加速踏板阶段和踩下制动踏板阶段的制动意图识别模型,采用模糊控制方法对制动意图进行识别,以小强度制动、中强度制动和紧急制动作为量化的驾驶员制动意图输出;依据制动意图识别结果制订了2种能量回收模式;基于欧洲经济委员会(ECE)法规线和I曲线建立了制动力分配策略和计算模型;针对不同的能量回收模式,以Cruise和MATLAB/Simulink为平台,建立了制动系统仿真模型,计算制动能量回收率和电动汽车续驶里程。结果表明:能量回收模式不同,电动汽车的制动能量回收率不同;在一个新欧洲驾驶循环(NEDC)中,考虑收起加速踏板阶段模拟发动机制动的能量回收模式能够提高制动能量回收率;NEDC循环工况的续驶里程提高了5.69%。      

高速气膜镶装式浮环密封的开启特性

针对应用于航空发动机的高速气膜镶装式浮环密封, 探究密封在不同结构参数、启动方式、材料结合等多因素下的开启性能。建立镶装环-石墨环-跑道的固体域模型和气膜流体域模型, 得到了工作气膜厚度、气膜流场压力分布；计算密封受力, 得到了密封上浮力、闭合力和开启转速等密封开启性能参数。分析镶装环与石墨环的厚度比和宽度比、镶装环-石墨环配对材料、镶装环-跑道配对材料等因素对密封开启转速的影响。搭建浮环密封试验台和浮环位移监测系统, 通过试验验证了数值模拟结果。研究结果表明:浮环的镶装结构能有效改善升温时石墨环与跑道间隙减小而导致密封失效的问题；镶装环材料是影响密封开启性能的敏感参数, 密封开启性能随材料线膨胀系数的升高而快速降低；镶装环与跑道的材料配对情况是影响密封开启性能的重要因素, 镶装环与跑道材料相同时, 石墨环与跑道处于“恒间隙”状态, 在复杂温度工况下密封的开启性能更加稳定；不同的工作机组启动方式对密封开启性能影响较大, 发动机采用将转速增加至工况转速再增压的启动方式时密封开启性能最好；浮环密封在高转速、高压力工况下因转速、压力变化产生的密封扰动值更大, 浮环密封应避免在较高压力和转速下长时间调节工况参数。研究结果为航空发动机镶装式浮环密封的结构设计、材料选用、系统设计的研究提供了参考。      

结构受损飞机动力学模型与飞行控制方法

为实现对结构部分受损飞机的安全控制,建立了其动力学模型,通过分析将结构受损飞机的旋转运动分解为正常飞机旋转运动和由于受损引起的扰动运动,将结构受损飞机的控制转化为对扰动等不确定性因素的抑制问题.提出了一种基于扩张状态观测器的轨迹线性化控制方法进行飞行控制律设计,使系统具有较强的鲁棒性.仿真结果表明:当飞机右侧机翼缺损15%半翼展长时,控制系统能实现结构受损飞机的解耦控制,角速度响应能较好地跟踪指令,有效抑制了结构受损带来的不确定性和扰动.