一種適用于起落架特征頻率的防滑剎車控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及飛機剎車系統(tǒng)控制領(lǐng)域，具體時一種適用于起落架特征頻率的防滑剎 車控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 常規(guī)的飛機防滑剎車系統(tǒng)主要由剎車指令傳感器、剎車控制器（綜合完成剎車控 制和防滑控制功能）、液壓伺服閥、剎車裝置、機輪、機輪速度傳感器等組成，控制原理見圖 1〇
[0003] 剎車指令傳感器安裝在座艙內(nèi)，一般由飛行員腳踩剎車踏板進行控制，把剎車指 令送給剎車控制器，剎車控制器將信號調(diào)理放大后，控制液壓伺服閥調(diào)節(jié)送到剎車裝置的 壓力，以制動機輪；為了防止剎車壓力太大，致使機輪打滑乃至抱死，剎車控制器會接收來 自機輪速度傳感器送來的速度信號，并根據(jù)機輪速度的變化情況來判斷機輪有打滑和抱死 的趨勢，這時剎車系統(tǒng)就需要松剎車，由剎車控制器輸出相應(yīng)幅值的防滑指令，剎車控制器 內(nèi)的防滑指令產(chǎn)生的內(nèi)部原理結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示，機輪出現(xiàn)打滑后產(chǎn)生的防滑指令要求 降低剎車壓力使機輪恢復(fù)轉(zhuǎn)動，在實際剎車控制器的設(shè)計中，通常都是將剎車控制指令和 防滑控制指令作減法運算來產(chǎn)生綜合指令，由綜合指令來驅(qū)動液壓伺服閥，調(diào)節(jié)作用在剎 車機輪上的剎車壓力。防滑過程結(jié)束，機輪速度恢復(fù)后，防滑指令會有一個緩慢下降的輸 出，與飛行員控制的剎車指令一起發(fā)揮作用，控制剎車壓力再慢慢上升，通過綜合控制指 令向機輪施加要求的剎車壓力，直到下一次的打滑產(chǎn)生，因此飛機的剎車過程就是一個剎 車-防滑-再剎-再防滑的往復(fù)循環(huán)過程。在防滑過程中，剎車控制器通過機輪速度級對輸 入信號進行一些基本的處理，通過基準(zhǔn)速度級設(shè)定一個變動的用以判定機輪是否打滑的參 考速度門限，剎車控制器在比較級把機輪速度與設(shè)定的基準(zhǔn)速度作比較，得到一個誤差信 號，PBM級（PressureBiasModulation，即偏壓調(diào)制級）根據(jù)機輪的打滑時間長短與打滑 深度（機輪速度下降程度），不斷調(diào)節(jié)和修正剎車壓力的平均水平，具有一定的隨時辨識輪 胎與跑道接合狀態(tài)的自適應(yīng)能力，因此PBM級的輸出是防滑控制指令的穩(wěn)態(tài)分量；誤差信 號送給瞬時級應(yīng)會輸出一個與機輪當(dāng)前的打滑深度有關(guān)控制分量，類似于通常所說的PID 控制的比例環(huán)節(jié)；誤差信號送給微分級就會輸出一個與打滑深度的變化率相關(guān)的控制分 量，其作用相當(dāng)于PID控制的微分環(huán)節(jié)；瞬時級、PBM級、微分級的輸出按不同的權(quán)重在防滑 級疊加后產(chǎn)生防滑指令，防滑指令與剎車指令在綜合級進行減法運算，產(chǎn)生最終的綜合指 令，用來控制作用在機輪上的剎車壓力。
[0004] 機輪速度傳感器產(chǎn)生的機輪速度信號一般都是與機輪的轉(zhuǎn)速呈正比的頻率信號， 在剎車控制器中的機輪速度級進行整形放大處理，然后通過脈沖計數(shù)法或者頻壓轉(zhuǎn)換電路 得到代表機輪速度的數(shù)字信號或者模擬的電壓信號，在剎車控制器中進行防滑控制運算。 在飛機的防滑剎車過程中，受起落架剛度所限，往往存在起落架與剎車系統(tǒng)的諧振現(xiàn)象，致 使防滑系統(tǒng)工作效率低下，伴隨著起落架的抖動和嘯叫。為了避免起落架抖動對防滑控制 系統(tǒng)的影響，一般采用的是調(diào)整防滑系統(tǒng)的靈敏度的方法，即對機輪速度以后的各級控制 參數(shù)進行調(diào)整，而這種方法具有明顯的局限性。防滑控制參數(shù)調(diào)節(jié)，只能采取提高或者降低 防滑系統(tǒng)的靈敏度的方法，這樣做通常會出現(xiàn)不可折中的兩種極端情況：靈敏度調(diào)高會在 機輪還沒有打滑時提前放壓，因此會使飛機的剎車距離明顯太長；靈敏度調(diào)底會在機輪已 經(jīng)打滑時還不能泄放壓力，嚴(yán)重時甚至可能將輪胎剎爆，給飛機的著陸滑行帶來安全隱患。 這種起落架與剎車系統(tǒng)的諧振會對防滑系統(tǒng)的工作效率產(chǎn)生極端的惡劣影響。采用常規(guī)的 方法無論從哪個方向均不能從根本上解決現(xiàn)實存在的防滑系統(tǒng)工作頻率與起落架發(fā)生諧 振的問題。
[0005] 起落架的抖動問題的根本原因是起落架剛度不足。在飛機防滑剎車過程中，當(dāng)機 輪滿足打滑條件時，由于防滑系統(tǒng)的工作，剎車系統(tǒng)會降低剎車壓力，而剎車壓力的突變會 引發(fā)剎車力矩的改變；因為起落架剛度不足，剎車力矩的改變會讓起落架支柱產(chǎn)生前后走 步式的抖動。簡單地講就是：剎車產(chǎn)生的阻力讓起落架支柱往后變形，防滑系統(tǒng)工作后，系 統(tǒng)放壓，剎車阻力降低，起落架支柱又往前回彈，如此產(chǎn)生抖動。
[0006] 起落架的這種前后走步式的抖動還會進一步加大防滑控制的靈敏度，加劇剎車控 制器不合時宜地輸出不必要的防滑信號的固有缺陷所帶來的惡劣影響。因為起落架的前后 走步式的抖動，能夠讓速度傳感器疊加產(chǎn)生一個假的速度突變信號，讓剎車控制器產(chǎn)生虛 假的防滑松剎車信號和打滑解除信號，使由起落架的結(jié)構(gòu)剛度所決定的固有頻率與防滑控 制系統(tǒng)的工作頻率發(fā)生諧振。這種諧振輕者會造成起落架的結(jié)構(gòu)的振動、磨損和噪聲，以及 剎車系統(tǒng)的液壓振動、損傷和輪胎磨損，飛機剎不住車，嚴(yán)重情況下會造成起落架和機輪 結(jié)構(gòu)的破壞、管路破裂、剎爆輪胎甚至引發(fā)飛機的不安全事故。
[0007] 起落架的特征頻率是由其結(jié)構(gòu)所決定的，改變起來比較困難，因此剎車系統(tǒng)必須 做出調(diào)整，以適應(yīng)這個頻率，確保在這個很不利的工作環(huán)境下能夠正常工作。起落架在飛機 航向的特征頻率能夠通過常規(guī)的仿真計算和測試驗證方法來得到，往往能夠得到多個特征 頻率點，但能對防滑剎車系統(tǒng)產(chǎn)生實質(zhì)影響的基本落在3HZ到30HZ之間，這個頻率區(qū)間也 是防滑系統(tǒng)的工作頻率。若起落架在飛機航向的特征頻率低于3HZ時，對防滑系統(tǒng)的影響 比較柔和，剎車系統(tǒng)還能夠正常工作；若起落架在飛機航向的特征頻率高于30HZ時，防滑 系統(tǒng)對這個高頻振動響應(yīng)不過來，對剎車系統(tǒng)的影響很有限，剎車系統(tǒng)仍然能夠正常工作， 而且起落架系統(tǒng)在這個相對高頻階段的阻尼也比較大，不會造成多大的損害。而本發(fā)明為 了解決防滑系統(tǒng)與起落架由于頻率相近而產(chǎn)生的相互影響問題，提出要針對起落架的特性 頻率，在剎車控制器中對機輪速度級輸出的機輪速度直流信號通過濾波調(diào)理級進行濾波處 理，并給出了一個濾波調(diào)理級電路的原理圖及所選用元器件參數(shù)確定方法，通過濾波調(diào)理 級后再連接到后續(xù)的防滑控制電路進行剎車控制器的防滑運算，對采用現(xiàn)有技術(shù)的剎車控 制器進行改進，改進后的剎車控制器內(nèi)部工作原理如圖3所示。這種簡單且在工程上易于 實現(xiàn)的解決辦法，通過在某型機上的裝機驗證，表明它對起落架的頻率的包容性強，適應(yīng)范 圍較寬，是一種能夠解決問題的行之有效的方法，具有很強的推廣價值。
[0008] 經(jīng)檢索，在2012年4月《航空精密制造技術(shù)》第48卷第2期有一篇中南大學(xué)吳華 偉等人發(fā)表的《飛機剎車制動引起的諧振解決措施》，與本發(fā)明相關(guān)，也提到了輪速采集及 濾波系統(tǒng)，專門還提到了要采取陷波器、遲滯電路等，給出了數(shù)字濾波邏輯圖，但都是一些 理論上的敘述；而本發(fā)明明確提出要針對起落架特征頻率設(shè)計同樣頻率的帶阻濾波器，為 了工程上的便利，給出了一種RC有源帶阻濾波器，并提供了這種帶阻濾波器的設(shè)計參數(shù)計 算方法和電路圖，有明確的針對性和可操作性，結(jié)構(gòu)簡單，易于實現(xiàn)；在2003年4月《航空 精密制造技術(shù)》第39卷第2期還有一篇華興航空機輪剎車系統(tǒng)有限公司張謙發(fā)表的《起落 架與防滑剎車系統(tǒng)的相互作用研究》對起落架與剎車系統(tǒng)的影響進行了仿真分析，但是并 沒有提出明確的處理方法；1996年《航空學(xué)報》第18卷第2期也有航空609所庫玉鰲發(fā)表 的《剎車與起落架抖動的相互影響》，同樣是有分析，但沒有明確的可操作設(shè)計的處理方法。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0009] 為克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的當(dāng)起落架設(shè)計剛度較低時，剎車頻率與起落架頻率易發(fā) 生諧振，從而引發(fā)起落架系統(tǒng)的抖動、嘯叫和防滑剎車效率低的不足，本發(fā)明提出了一種適 用于起落架特征頻率的防滑剎車控制方法。
[0010] 本發(fā)明的具體過程是：
[0011] 步驟1，確定濾波器的中心頻率
[0012] 通過測試得到飛機起落架在航向上的特征頻率。所述的特征頻率范圍為5HZ~ 25HZ。
[0013] 步驟2，濾波調(diào)理級電路的連接
[0014] 所述濾波調(diào)理級由帶阻濾波器和比例放大電路組成；所述比例放大電路包括運算 放大器、電阻心和r5。
[0015] 所述運算放大器輸入引角的負(fù)端引出兩路，一路通過電阻&接到輸入信號的負(fù) 端，另一路通過電阻1? 5接到所述運算放大器的輸出端，所述運算放大器的輸出端即帶阻濾 波器輸出信號的正端，輸出信號的負(fù)端與輸入信號的負(fù)端相連接。
[0016] 濾波調(diào)理級電路的輸出分為兩路，其中一路輸入基準(zhǔn)速度級，另一路輸入至比較 級，進行防滑運算。
[0017] 所述帶阻濾波器以速度級的輸出信號作為輸入。該輸入信號的正極端通過電容Ci 和(：2后進入運算放大器輸入引角的正極端，該輸入信號的正極端同時通過電阻1^和1? 2進 入所述運算放大器輸入引角的正極端。