飞机防滑刹车系统变结构控制研究

论文摘要

随着飞机朝着大吨位、高速度和强适应性等方向发展,对飞机的设计提出了更高的要求。防滑刹车系统作为飞机的一个重要机载设备,对飞机的起飞、着陆安全起着重要作用。特别是军用飞机,往往需要在复杂条件下起降,对刹车系统提出了更为苛刻的要求。现有的刹车系统采用的是基于滑移速度误差的压力偏调控制方法,此方法存在混合跑道性能差和低速打滑的缺点,影响了飞机刹车的安全性和可靠性。因此对飞机刹车系统控制方法进行研究十分必要,本文研究了一种基于滑移率的变结构控制方法。本文通过对飞机防滑刹车系统工作原理、组成结构及刹车特性的细致分析,以某型飞机为背景,在考虑飞机防滑刹车系统的特点和各组成部分物理特性的基础上,建立了刹车系统的数学模型。论文针对现有刹车系统效率不高鲁棒性不好的问题,将变结构控制方法应用于飞机刹车系统进行研究,研究了两种有效的消除抖振方法。论文针对现有刹车系统在不确定性较强的混合跑道上效率不高的问题,研究了模糊控制和变结构控制相结合的混合控制策略,用模糊控制器自适应调节控制器中符号函数增益参数,实现刹车系统对不同路面的最佳滑移率的快速跟踪。在理论分析及设计的基础上,利用MATLAB的Simulink和模糊控制工具箱,结合飞机模型等进行仿真验证。仿真结果表明,文中控制策略既能保证控制的鲁棒性,又可以有效的削弱抖振。进一步验证了所给控制策略在保证刹车平稳的前提下,提高了刹车效率。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景意义
• 1.2 飞机刹车系统概述
• 1.3 防滑刹车系统研究现状
• 1.4 论文主要研究的内容
• 第2章 飞机防滑刹车系统及其建模
• 2.1 防滑刹车系统的组成和工作原理
• 2.1.1 飞机刹车系统的组成及功能
• 2.1.2 飞机刹车系统工作原理分析
• 2.2 防滑刹车系统数学模型的建立
• 2.2.1 飞机动力学模型
• 2.2.2 机轮动力学模型
• 2.2.3 轮胎和跑道间结合系数模型
• 2.2.4 飞机刹车系统非线性模型
• 2.3 本章小结
• 第3章 变结构与模糊控制理论基础
• 3.1 变结构控制的发展
• 3.1.1 变结构控制的发展历史与现状
• 3.1.2 变结构控制的基本原理
• 3.1.3 变结构控制理论的数学描述
• 3.1.4 变结构控制理论的特点
• 3.1.5 变结构控制理论中“抖振”问题研究
• 3.1.6 变结构控制系统的设计
• 3.2 模糊控制方法
• 3.2.1 模糊控制理论的发展与应用
• 3.2.2 模糊控制基本思想
• 3.2.3 模糊控制系统组成
• 3.2.4 模糊控制器设计步骤
• 3.3 本章小结
• 第4章 飞机防滑刹车系统变结构控制方法研究
• 4.1 刹车系统变结构控制器设计
• 4.1.1 滑模切换面的定义
• 4.1.2 等价控制力矩的计算
• 4.1.3 切换面的可达性证明
• 4.1.4 刹车系统变结构控制律设计
• 4.2 Ambrosino切换函数法削弱抖振
• 4.2.1 Ambrosino切换函数法
• 4.2.2 刹车系统变结构控制律实现
• 4.2.3 变结构控制器参数的调整
• 4.2.4 系统仿真及结果分析
• 4.3 改进指数趋近律法消弱抖振
• 4.3.1 指数趋近律研究
• 4.3.2 指数趋近律的改进
• 4.3.3 刹车系统改进指数趋近律实现
• 4.3.4 系统仿真及结果分析
• 4.4 本章小结
• 第5章 飞机防滑刹车系统模糊变结构控制方法研究
• 5.1 飞机在复杂路面条件下刹车效率分析
• 5.2 刹车系统模糊变结构控制器设计
• 5.2.1 模糊变结构控制方法
• 5.2.2 刹车系统模糊变结构控制器设计
• 5.2.3 定义模糊变量与模糊集
• 5.2.4 模糊化与模糊控制规则
• 5.2.5 确定各语言变量的隶属度函数
• 5.2.6 模糊推理和去模糊化
• 5.3 系统仿真及结果分析
• 5.4 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录一 飞机模型参数表