[发明专利]一种飞机防滑刹车控制方法

摘要

本发明涉及一种飞机防滑刹车控制方法，该飞机防滑刹车控制方法，借助跟踪微分器或者二阶滑模微分器的鲁棒抗干扰特性，构造出飞机减速率信号，用于滑移力计算，避免了对纵向动力学过程进行学习辨识；该方法无需假设刹车纵向力是均匀分布，可用于多轮刹车系统；此外，考虑到刹车系统的安全工作范围，对刹车压力进行约束，兼顾了防滑刹车效率和防抱死安全性，具有一定的先进性。

主权项

1.一种飞机防滑刹车控制方法，其特征在于，通过神经网络在线学习飞机纵向动力学过程的刹车控制器设计方法；对机体动力学过程进行计算，增加了刹车处理器的负担；同时，通过自适应神经网络在线辨识可以估计纵向动力学参数并能保证和真实值收敛，但要获得足够高精度的估计值，需要足够的学习时间，是在初始阶段；解决方法是在实际控制设计时将其作为控制变量使用，在飞机着地后防滑刹车未工作时就可开始进行在线辨识，获得精度较高的纵向力曲线；该方法借助跟踪微分器或者二阶滑模微分器的鲁棒抗干扰特性，构造出飞机减速率信号，用于滑移力计算，避免了对纵向动力学过程进行学习辨识；该方法是对飞机的纵向动力学过程通过神经网络进行在线辨识，构建纵向滑移动力学过程，再通过自适应神经网络控制器，确保刹车系统能在存在垂直和纵向不确定情况下跟踪设定滑移率，考虑到刹车转矩输入存在物理约束，过大的刹车力矩不仅对刹车没有帮助，反而容易使系统陷入深度打滑；该方法是对控制输入进行约束处理，使控制器能在输入约束情形下学习不确定部分并跟踪设定滑移曲线；机轮侧滑摩擦力表示为F_yN=F_zNα_N F_yM=F_zMα_M   (1)这里F_zN和F_zM分别表示来自主起落架的给机轮的垂直负载；α_N和α_M分别表示前轮和主机轮的侧滑角，通过如下表达式计算α_N=δ-β_N α_M=-β_M   (2)这里βN=β+LxNrvβM=β-LxMrv---(3)]]>假设飞机的偏航率r和侧滑角β可以保证在较小范围内，因此使得飞机地面操纵模型线性化；飞机的纵向运动方程表示为mv.x=-Fx---(4)]]>这里F_x表示纵向力之和，表示为F_x=F_xaero+F_xD，这里F_xaero表示为纵向气动力F_xD表示轮胎摩擦力之和，表示为F_xD=F_xML+F_xMR+F_yNsinδ_N这里F_xML，F_xMR分别表示为左右主起落架的轮胎摩擦力，F_yN表示前轮的侧滑摩擦力；在实际刹车控制中，前轮可认为是自由转动，其摩擦力被看作是足够小可忽略；由于滚阻相比转矩产生的摩擦力很小，这里忽略滚阻，得到主机轮的轮胎动力学过程Jω·=rwFw-Tb---(5)]]>ω表示机轮角速度，J表示主机轮的主动惯量，r表示机轮半径，T_b表示刹车转矩输入，F_w表示轮胎和跑到路面的摩擦力，可分别表示为F_w=F_zMμ(λ)   (6)λ表示滑移率，滑移率定义为λ=(V-ωr)／V_x；这里V飞机机体速度，考虑飞机机体动力学过程定义滑移速度为v_w=V-ωr，v.w=V.-Fzmμ(λ)rw2J+s(vw)rwTbJ]]>这里分段函数s(V_w)定义为s(vw)=1ifvw>00else---(7)]]>考虑主机轮的轮胎动力学过程：Jω.=rwFw-Tb,---(8)]]>这里ω表示机轮角速度，J表示主机轮的主动惯量，r表示机轮半径，T_b表示刹车转矩输入，F_w表示轮胎和跑到路面的摩擦力，可分别表示为F_w=F_zMμ(λ)   (9)这里λ表示滑移率，滑移率定义为λ=(V_x-ωr)／V_x；将λ对时间求导，得到如下关系λ.=-rwvxω.+rwωvx2v.x]]>ω=(v_x／r_w)(1-λ)，得到λ.=-rw2vxJFzMμ(λ)-1-λmvxFx+rvxJTb---(10)]]>采用了一个简化的刹车模型，这个模型可表示为Fw=2Fwmaxλoptλλopt2+λ2---(11)]]>则纵向摩擦系数可表示为μ(λ)=2FwmaxFzwλoptλλopt2+λ2---(12)]]>定义车轮和飞机机体速度间的速度差v_w为v_w=v_x-ωr_w   (13)这里0≤v_w≤v，将v_w对时间求导可以得到v.w=-FXm-Fzmμ(λ)rw2J+s(vw)rwTbJ---(14)]]>这里函数关系s(V_w)定义为s(vw)=1ifvw>00else---(15)]]>考虑方程λ.=-rw2vxJFzMμ(λ)-1-λmvxFx+rvxJTb]]>---(10)，当λ=0，μ(λ)=0，T_b=0时，车轮自由转动，此时所以需要加入额外的约束条件；本方法中采用v_w-动态过程来代替λ-动态过程来保证控制状态的鲁棒性；最后，在刹车系统设计以及控制设计中，让刹车系统设定工作在摩擦系数上升段，确保刹车效率和飞机系统安全。