飛機全電剎車機電作動系統(tǒng)的建模與控制方法研究.pdf

1、飛機全電剎車是隨著多/全電飛機的發(fā)展而誕生的一種全新的制動理念。與傳統(tǒng)的液壓剎車系統(tǒng)相比，全電剎車系統(tǒng)具有體積小、重量輕、安全性高、動態(tài)性能好等優(yōu)點。機電作動系統(tǒng)是電剎車系統(tǒng)的關(guān)鍵子系統(tǒng)，是剎車過程中產(chǎn)生制動力矩的核心環(huán)節(jié)，主要由機電作動控制器（EMAC）和機電作動器（EMA）組成。本文重點針對機電作動系統(tǒng)的建模和控制方法進行了研究。
　　論文首先介紹了 EMAC和 EMA的工作原理，結(jié)合機電作動系統(tǒng)的工作狀態(tài)，研究了無刷直流電機

2、在剎車過程中的運行狀態(tài)，得出了電機在整個運行過程中包含輕載運行、正向變負(fù)載運行、短時回饋制動、反轉(zhuǎn)運行等多種狀態(tài)，運行軌跡經(jīng)歷第一、三、四象限。
　　根據(jù)EMA各組成部分的工作原理，建立了無刷直流電機、減速齒輪、滾珠絲杠的數(shù)學(xué)模型，通過試驗數(shù)據(jù)擬合得到了剎車力與活塞位移的數(shù)學(xué)關(guān)系。借鑒經(jīng)典的靜摩擦+粘滯摩擦+庫倫摩擦模型，引入剎車力這一變量，建立了EMA的摩擦力矩模型。在 Matlab/Simulink環(huán)境下，搭建了機電作動系統(tǒng)的

3、仿真模型，經(jīng)仿真結(jié)果與實測數(shù)據(jù)對比，驗證了模型的有效性。同時，進一步證明了在開環(huán)情況下，EMA輸出的剎車力具有遲滯特性，機電作動系統(tǒng)為非線性系統(tǒng)。
　　論文采用 PI控制算法，仿真分析了剎車力單閉環(huán)，剎車力、電流雙閉環(huán)以及剎車力、轉(zhuǎn)速、電流三閉環(huán)這三種結(jié)構(gòu)的控制效果。結(jié)果表明大幅度剎車力調(diào)節(jié)時，基于 PI控制算法的剎車力伺服控制在任意結(jié)構(gòu)下均能夠滿足系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)態(tài)精度要求。并通過對比得出三環(huán)結(jié)構(gòu)的控制效果優(yōu)于單環(huán)和雙環(huán)結(jié)構(gòu)。

4、此外，為了優(yōu)化 PI控制在小幅度剎車力調(diào)節(jié)時的控制精度，提出了一種基于靜摩擦+庫倫摩擦模型的摩擦力矩補償控制方法，通過提供與靜摩擦和庫倫摩擦力矩大小相等、方向相反的補償轉(zhuǎn)矩，消除了EMA摩擦力矩中的非線性分量，提高了剎車力的控制精度，減小了力伺服控制過程中的轉(zhuǎn)速死區(qū)。
　　結(jié)合實際技術(shù)要求，采用高性能數(shù)字信號處理器（DSP）和復(fù)雜可編程邏輯器件（CPLD）作為控制核心，闡述了EMAC的軟、硬件組成及其設(shè)計方案，搭建了電剎車機電作動