跑道辨识算法在飞机防滑刹车中的应用研究

论文摘要

机轮刹车系统是飞机的一个重要机载设备,对飞机的起飞和着陆起着重要的安全保障作用。飞机防滑刹车控制系统具有强实时性、强非线性和强不可测性,工作环境极其恶劣,极易受到跑道状况、机场侧风、不对称着陆等因素的影响,因此大吨位、高速度大飞机的防滑刹车控制系统要求具备一定的跑道自适应能力。目前,国内对防滑刹车控制算法虽然进行了较多较为深入的研究,但大多数都是以最佳滑移率为控制目标,并未对跑道状态辨识进行深入研究。因此,若要从根本上提高飞机的刹车效率,必须使防滑控制算法具备跑道辨识能力。本文从分析飞机防滑刹车控制系统的原理出发,建立了以国产大型客机为对象的机轮刹车系统数学模型,并利用动态惯性试验验证了该模型的准确性。由于轮胎与跑道间相互作用机理较为复杂,对轮胎/跑道摩擦模型进行深入分析,在应用动态分布式LuGre摩擦模型的基础上建立了一个新型的非线性状态观测器,通过此观测器实时辨识跑道状态,以得到刹车过程中最佳滑移率。并将其应用于防滑控制算法中,使防滑控制算法具备跑道辨识能力,提高刹车效率。最后,利用MATLAB软件中的Simulink仿真工具,对带跑道辨识功能的飞机防滑刹车控制算法进行仿真,考察了湿跑道、薄冰跑道及跑道状态突变情况下的飞机刹车性能,并将仿真结果与传统算法相比较,结果表明具有跑道辨识能力的防滑控制算法能够较好地改善飞机刹车性能。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景及意义
• 1.2 飞机防滑刹车控制原理简介
• 1.3 国内外研究现状及发展趋势
• 1.3.1 飞机刹车系统的发展历程及研究现状
• 1.3.2 防滑刹车控制算法的研究现状
• 1.3.3 防滑刹车系统的发展趋势
• 1.3.4 国内刹车系统与国外的差距
• 1.4 本文的主要研究工作与章节安排
• 第二章 飞机刹车系统建模与仿真验证
• 2.1 引言
• 2.2 飞机防滑刹车系统建模
• 2.2.1 机体动力学模型
• 2.2.2 机轮运动模型
• 2.2.3 起落架模型
• 2.2.4 轮胎与跑道摩擦系数模型
• 2.2.5 液压作动子系统模型
• 2.2.6 机轮刹车装置及摩擦制动模型
• 2.3 "多门限PID+PBM"控制算法
• 2.4 模型验证
• 2.5 本章小结
• 第三章 跑道辨识中新型自适应观测器设计
• 3.1 引言
• 3.2 轮胎/跑道摩擦模型
• 3.2.1 准稳态模型
• 3.2.2 集中式动态模型
• 3.2.3 分布式动态模型
• 3.2.4 分布式动态模型与魔术公式的关系
• 3.3 跑道辨识观测器设计
• 3.3.1 观测器的构造
• 3.3.2 跑道辨识观测器在防滑刹车系统中的应用
• 3.4 跑道辨识观测器仿真及分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 基于跑道辨识技术的防滑控制算法优化与仿真分析
• 4.1 带观测器的刹车仿真模型的建立
• 4.2 全数字仿真分析
• 4.2.1 全数字仿真简介
• 4.2.2 各跑道状态下仿真曲线分析
• 4.3 惯性台动态联试
• 4.3.1 数字式双余度防滑刹车控制板和惯性台简介
• 4.3.2 各跑道状态下仿真曲线分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 论文研究工作总结
• 5.2 进一步研究工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间主要的研究成果