基于结合力估计的防滑刹车控制方法和系统技术方案

本发明专利技术提供了一种基于结合力估计的飞机防滑刹车控制方法，包括：目标滑移率生成步骤，用于基于计算的滑移率和估计的结合力来生成目标滑移率；控制压力生成步骤，用于基于所述目标滑移率与计算的滑移率之差来生成作用于飞机机轮的刹车压力；速度插值滤波步骤，用于基于所述刹车压力、在所述刹车压力作用于飞机机轮之后测量的机轮轮速和飞机速度，使用扩展卡尔曼滤波方法，对所述测量的机轮轮速和飞机速度进行插值和滤波；滑移率计算步骤，用于基于经过插值和滤波的机轮轮速和飞机速度，计算滑移率；以及结合力估计步骤，用于基于所述刹车压力、经过插值和滤波的机轮轮速和飞机速度，使用卡尔曼‑布西滤波方法，估计飞机机轮与跑道表面之间的结合力。本发明专利技术还提供了一种基于结合力估计的飞机防滑刹车控制系统。

【技术实现步骤摘要】
基于结合力估计的防滑刹车控制方法和系统
本专利技术涉及飞机刹车控制领域，具体涉及基于结合力估计的飞机防滑刹车控制方法和系统。
技术介绍
飞机的起飞和着陆是飞机事故的多发阶段。防滑刹车系统是飞机重要的机载设备，对飞机起飞、着陆的安全性有重要影响。要求在复杂的跑道环境条件下，飞机仍然能够安全着陆并刹停，这对提升飞机安全性和可靠性具有重要意义。飞机防滑刹车系统是一个复杂的具有不确定性的非线性系统，系统中存在诸多非线性因素，直接影响到防滑刹车的性能。飞机着陆滑跑过程时间较短，因此要求防滑刹车系统稳定、快速和准确地工作，确保飞机的安全。防滑刹车系统的性能受很多因素的影响，如跑道表面是否开槽、跑道表面的状况(干、湿或积雪等)、飞机速度的变化、轮胎的充气压力等。本质上，这些因素影响的是飞机受刹机轮的轮胎与跑道表面的结合力和滚动阻力。防滑刹车系统的主要目的是充分利用跑道提供的结合力，在尽可能短的距离内使飞机刹停。跑道表面状况的变化对于飞机防滑刹车系统是较为严重的外部干扰。例如当机轮所处跑道表面结合系数由高变低时，机轮由于结合力矩急剧减小而发生打滑甚至抱死现象，这就要求防滑刹车控制盒及时作出响应，通过迅速降低刹车压力使得机轮速度得以恢复。因此刹车控制算法对不同跑道表面状况的适应性以及在跑道表面状况发生变化时的鲁棒性直接影响防滑刹车效果。在现有的飞机防滑刹车控制算法中，由于飞机惯性导航系统给出的速度刷新速率较低，无法匹配系统控制周期，通常采用零阶保持的方法或普通插值方法进行速度补偿，因此现有的刹车方法通过减速率或滑移率、滑移速度等进行防滑控制并不能取得很高的刹车效率，在某些情况下，容易出现打滑现象，对飞机的安全造成严重影响。
技术实现思路
鉴于上述问题，本专利技术提供了一种基于结合力估计的飞机防滑刹车控制方法和系统，其能够提高刹车系统刹车效率，并抑制打滑现象的发生，保证飞机的安全性。根据本专利技术的一方面，提供了一种基于结合力估计的飞机防滑刹车控制方法，包括：目标滑移率生成步骤，用于基于计算的滑移率和估计的结合力来生成目标滑移率；控制压力生成步骤，用于基于所述目标滑移率与计算的滑移率之差来生成作用于飞机机轮的刹车压力；速度插值滤波步骤，用于基于所述刹车压力、在所述刹车压力作用于飞机机轮之后测量的机轮轮速和飞机速度，使用扩展卡尔曼滤波方法，对所述测量的机轮轮速和飞机速度进行插值和滤波；滑移率计算步骤，用于基于经过插值和滤波的机轮轮速和飞机速度，计算滑移率；以及结合力估计步骤，用于基于所述刹车压力、经过插值和滤波的机轮轮速和飞机速度，使用卡尔曼-布西滤波方法，估计飞机机轮与跑道表面之间的结合力。根据实施例，控制压力生成步骤包括将所述目标滑移率与计算的滑移率之差输入到控制器以生成控制信号，以及所述控制信号被转换为刹车阀电流信号，以使得刹车阀输出作用于飞机机轮的刹车压力。根据实施例，所述飞机速度由飞机惯性导航系统测量得到。根据实施例，所述速度插值滤波步骤包括：基于所述飞机惯性导航系统的刷新速率以及所需的控制频率，对所述测量的机轮轮速和飞机速度进行多次插值。根据实施例，所述目标滑移率生成步骤包括：在刹车使能时，设定初始最大滑移率上限和初始分配比例，其中所述初始分配比例等于所述初始最大滑移率除以刹车指令最大值；在没有更新最大滑移率和所述初始分配比例时，使得所述目标滑移率等于给定刹车指令乘以所述初始分配比例；如果所述目标滑移率超过所述初始最大滑移率上限，则将所述最大滑移率作为所述目标滑移率输出；如果所述目标滑移率未超过所述初始最大滑移率上限，则通过所述滑移率计算步骤获得所述计算的滑移率、通过所述结合力估计步骤获得所述估计的结合力并且计算所述估计的结合力相对于所述计算的滑移率的导数；如果所述导数大于预定阈值，则输出所述目标滑移率；如果所述导数小于所述预定阈值，则记录此时的滑移率以更新所述最大滑移率和所述初始分配比例。根据本专利技术的另一方面，提供了一种基于结合力估计的飞机防滑刹车控制系统，包括：目标滑移率生成装置，用于基于计算的滑移率和估计的结合力来生成目标滑移率；控制压力生成装置，用于基于所述目标滑移率与计算的滑移率之差来生成作用于飞机机轮的刹车压力；速度插值滤波装置，用于基于所述刹车压力、在所述刹车压力作用于飞机机轮之后测量的机轮轮速和飞机速度，使用扩展卡尔曼滤波方法，对所述测量的机轮轮速和飞机速度进行插值和滤波；滑移率计算装置，用于基于经过插值和滤波的机轮轮速和飞机速度，计算滑移率；以及结合力估计装置，用于基于所述刹车压力、经过插值和滤波的机轮轮速和飞机速度，使用卡尔曼-布西滤波方法，估计飞机机轮与跑道表面之间的结合力。根据实施例，控制压力生成装置用于将所述目标滑移率与计算的滑移率之差输入到控制器以生成控制信号，以及所述控制信号被转换为刹车阀电流信号，以使得刹车阀输出作用于飞机机轮的刹车压力。根据实施例，所述飞机速度由飞机惯性导航系统测量得到。根据实施例，所述速度插值滤波装置包括：基于所述飞机惯性导航系统的刷新速率以及所需的控制频率，对所述测量的机轮轮速和飞机速度进行多次插值。根据实施例，所述目标滑移率生成装置用于：在刹车使能时，设定初始最大滑移率上限和初始分配比例，其中所述初始分配比例等于所述初始最大滑移率除以刹车指令最大值；在没有更新最大滑移率和所述初始分配比例时，使得所述目标滑移率等于给定刹车指令乘以所述初始分配比例；如果所述目标滑移率超过所述初始最大滑移率上限，则将所述最大滑移率作为所述目标滑移率输出；如果所述目标滑移率未超过所述初始最大滑移率上限，则通过所述滑移率计算装置获得所述计算的滑移率、通过所述结合力估计装置获得所述估计的结合力并且计算所述估计的结合力相对于所述计算的滑移率的导数；如果所述导数大于预定阈值，则输出所述目标滑移率；如果所述导数小于所述预定阈值，则记录此时的滑移率以更新所述最大滑移率和所述初始分配比例。附图说明图1为说明根据本专利技术实施例的基于结合力估计的飞机防滑刹车控制方法和系统的工作原理的方框图。图2为说明单一跑道状态下机轮与跑道的结合力相对于滑移率的关系曲线的示意图。图3为说明根据本专利技术实施例的基于结合力估计的飞机防滑刹车控制方法和系统的目标滑移率生成步骤和装置的工作原理的流程图。具体实施方式以下参照附图具体说明根据本专利技术实施例的基于结合力估计的飞机防滑刹车控制方法和系统。图1示出了根据本专利技术实施例的基于结合力估计的飞机防滑刹车控制方法和系统的工作原理。如图1所示，根据本专利技术实施例的基于结合力估计的飞机防滑刹车控制方法/系统包括：目标滑移率生成步骤/装置7，用于基于计算的滑移率λ和估计的结合力F来生成目标滑移率λd；控制压力生成步骤/装置4、5，用于基于所述目标滑移率λd与计算的滑移率λ之差来生成作用于飞机机轮的刹车压力Pb，具体地，目标滑移率λd与计算的滑移率λ之差作为控制器5的输入，控制压力输出单元4用于将控制器5输出的控制信号转换为刹车阀电流信号，使得刹车阀输出相应的作用于机轮3的刹车压力Pb，其中控制器可以例如是模糊PID控制器，然而本专利技术不限于此，任意合适的控制器均可用于本专利技术；速度插值滤波步骤/装置2，用于基于所述刹车压力Pb、在所述刹车压力作用于飞机机轮3之后测量的机轮轮速ω和飞机速度Vp，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于结合力估计的飞机防滑刹车控制方法，包括：目标滑移率生成步骤，用于基于计算的滑移率和估计的结合力来生成目标滑移率；控制压力生成步骤，用于基于所述目标滑移率与计算的滑移率之差来生成作用于飞机机轮的刹车压力；速度插值滤波步骤，用于基于所述刹车压力、在所述刹车压力作用于飞机机轮之后测量的机轮轮速和飞机速度，使用扩展卡尔曼滤波方法，对所述测量的机轮轮速和飞机速度进行插值和滤波；滑移率计算步骤，用于基于经过插值和滤波的机轮轮速和飞机速度，计算滑移率；以及结合力估计步骤，用于基于所述刹车压力、经过插值和滤波的机轮轮速和飞机速度，使用卡尔曼‑布西滤波方法，估计飞机机轮与跑道表面之间的结合力。

【技术特征摘要】
1.一种基于结合力估计的飞机防滑刹车控制方法，包括：目标滑移率生成步骤，用于基于计算的滑移率和估计的结合力来生成目标滑移率；控制压力生成步骤，用于基于所述目标滑移率与计算的滑移率之差来生成作用于飞机机轮的刹车压力；速度插值滤波步骤，用于基于所述刹车压力、在所述刹车压力作用于飞机机轮之后测量的机轮轮速和飞机速度，使用扩展卡尔曼滤波方法，对所述测量的机轮轮速和飞机速度进行插值和滤波；滑移率计算步骤，用于基于经过插值和滤波的机轮轮速和飞机速度，计算滑移率；以及结合力估计步骤，用于基于所述刹车压力、经过插值和滤波的机轮轮速和飞机速度，使用卡尔曼-布西滤波方法，估计飞机机轮与跑道表面之间的结合力。2.如权利要求1所述的基于结合力估计的飞机防滑刹车控制方法，其中，控制压力生成步骤包括将所述目标滑移率与计算的滑移率之差输入到控制器以生成控制信号，以及所述控制信号被转换为刹车阀电流信号，以使得刹车阀输出作用于飞机机轮的刹车压力。3.如权利要求1所述的基于结合力估计的飞机防滑刹车控制方法，其中，所述飞机速度由飞机惯性导航系统测量得到。4.如权利要求3所述的基于结合力估计的飞机防滑刹车控制方法，其中，所述速度插值滤波步骤包括：基于所述飞机惯性导航系统的刷新速率以及所需的控制频率，对所述测量的机轮轮速和飞机速度进行多次插值。5.如权利要求1所述的基于结合力估计的飞机防滑刹车控制方法，其中，所述目标滑移率生成步骤包括：在刹车使能时，设定初始最大滑移率上限和初始分配比例，其中所述初始分配比例等于所述初始最大滑移率除以刹车指令最大值；在没有更新最大滑移率和所述初始分配比例时，使得所述目标滑移率等于给定刹车指令乘以所述初始分配比例；如果所述目标滑移率超过所述初始最大滑移率上限，则将所述最大滑移率作为所述目标滑移率输出；如果所述目标滑移率未超过所述初始最大滑移率上限，则通过所述滑移率计算步骤获得所述计算的滑移率、通过所述结合力估计步骤获得所述估计的结合力并且计算所述估计的结合力相对于所述计算的滑移率的导数；如果所述导数大于预定阈值，则输出所述目标滑移率；如果所述导数小于所述预定阈值，则记录此时的滑移率以更新所述最大滑移率和所述初始分配比例。...

【专利技术属性】
技术研发人员：焦宗夏，孙栋，尚耀星，刘晓超，黄利刚，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京,11