飛機剎車控制方法、系統以及飛機與流程

2024-04-15 19:39:05 1

1.本發明涉及飛機剎車控制技術領域，尤其涉及一種能應對剎車延遲的飛機剎車控制方法、系統以及飛機。


背景技術：

2.飛機剎車控制的核心是防滑剎車控制，防滑剎車控制可以起到調節剎車壓力以防止機輪打滑、抱死和減少剎車距離等重要作用，保證安全可靠並高效的進行飛機剎車減速。而飛機防滑剎車系統是一個複雜的具有不確定性的非線性系統，系統中存在諸多非線性因素，直接影響到防滑剎車的性能。
3.在剎車防滑控制中，實際剎車壓力與剎車壓力指令之間存在固有的延遲，對於大型飛機，剎車壓力管路較長，作動器大，剎車控制閥在輸出剎車壓力時延遲會達到幾百毫秒量級，往往通過調參並不能建立具有良好剎車效率的防滑控制功能。


技術實現要素：

4.本發明提供一種飛機剎車控制方法、系統以及飛機，用以解決現有技術中因實際剎車壓力與剎車壓力指令之間存在固有的延遲而影響剎車效率的問題。
5.第一方面，本發明提供一種飛機剎車控制方法，所述方法包括：
6.根據獲取到的飛機速度、機輪速度以及預設的目標滑移率以得到剎車控制指令值；
7.根據預設的影響因子對所述剎車控制指令值進行修正，以得到修正後的剎車控制指令值；
8.根據獲取到的實際剎車壓力值和所述修正後的剎車控制指令值，以得到當前周期的目標剎車控制指令值。
9.在本發明一實施例中，所述根據獲取到的飛機速度、機輪速度以及預設的目標滑移率以得到剎車控制指令值的步驟包括：
10.獲取上一周期的參考速度；
11.比較所述飛機速度和所述上一周期的參考速度的大小，並將速度值較大的作為當前周期的參考速度；
12.將所述當前周期的參考速度減去所述機輪速度取絕對值後除以所述當前周期的參考速度以得到實際滑移率；
13.根據所述預設的目標滑移率和所述實際滑移率的差值計算所述剎車控制指令值，其中所述剎車控制指令值等於所述差值的偏差項與積分項之和。
14.在本發明一實施例中，所述根據預設的影響因子對所述剎車控制指令值進行修正，以得到修正後的剎車控制指令值的步驟包括：
15.獲取剎車溫度；
16.根據所述剎車溫度和所述飛機速度計算所述修正後的剎車控制指令值。
17.在本發明一實施例中，根據以下式子計算所述修正後的剎車控制指令值：
18.mb＝ma+u*(t-t)/(va-v)；
19.其中，mb為修正後的剎車控制指令值，ma為剎車控制指令值，va為飛機速度，t為剎車溫度，u，t，v均為預設參數。
20.在本發明一實施例中，所述根據獲取到的實際剎車壓力值和所述修正後的剎車控制指令值以得到當前周期的目標剎車控制指令值的步驟包括：
21.獲取上一周期輸出的目標剎車控制指令值；
22.比較所述實際剎車壓力值、所述修正後的剎車控制指令值以及所述上一周期輸出的目標剎車控制指令值的大小以得到積分值；
23.根據預設調整策略，以得到所述當前周期的目標剎車控制指令值。
24.在本發明一實施例中，所述比較所述實際剎車壓力值、所述修正後的剎車控制指令值以及所述上一周期輸出的目標剎車控制指令值的大小以得到積分值的步驟包括：
25.若pi《c
i-1
《mb，則cf＝c
i-1
，表示積分項不積累；
26.若c
i-1
《pi《mb，則cf＝mb，表示積分項積累；
27.若c
i-1
《ci《p，則cf＝mb，表示積分項積累；
28.若pi》c
i-1
》mb，則cf＝c
i-1
，表示積分項不積累；
29.若c
i-1
》pi》mb，則cf＝mb，表示積分項積累；
30.若c
i-1
》mb》pi，則cf＝mb，表示積分項積累；
31.其中，pi為當前周期的實際剎車壓力值，mb為修正後的剎車控制指令值，c
i-1
為上一周期的目標剎車控制值，cf為積分值。
32.在本發明一實施例中，所述根據預設調整策略，以得到所述當前周期的目標剎車控制指令值的步驟包括：
33.根據當前周期的實際剎車壓力值的變化狀態對所述積分值進行調整，以得到所述當前周期的目標剎車控制指令值。
34.在本發明一實施例中，所述預設調整策略包括：
35.若所述當前周期的實際剎車壓力值pi處於增加狀態，則ci＝cf+a；
36.若所述當前周期的實際剎車壓力值pi處於減小狀態，則ci＝c
f-b；
37.其中，ci為當前周期的目標剎車控制指令值，a、b為預設參數。
38.第二方面，本發明還提供一種飛機剎車控制系統，所述系統包括：
39.剎車控制指令值計算模塊，用於根據獲取到的飛機速度、機輪速度以及預設的目標滑移率以得到剎車控制指令值；
40.修正指令值計算模塊，用於根據預設的影響因子對所述剎車控制指令值進行修正，以得到修正後的剎車控制指令值；
41.目標剎車指令值計算模塊，用於根據獲取到的實際剎車壓力值和所述修正後的剎車控制指令值，以得到當前周期的目標剎車控制指令值。
42.第三方面，本發明還提供一種飛機，所述飛機用於執行如第一方面任一項所述的飛機剎車控制方法。
43.在本發明一實施例中，所述飛機包括輪速傳感器、飛機速度測量模塊、剎車控制模塊、剎車控制器件、剎車作動器以及剎車壓力傳感器；
44.其中，所述輪速傳感器用於測量飛機的機輪速度，所述飛機速度測量模塊用於測量飛機速度，所述剎車壓力傳感器用於測量所述剎車控制器件輸出至所述剎車作動器上的實際剎車壓力值，所述剎車控制模塊用於根據接收到的飛機速度、機輪速度以及實際剎車壓力值執行所述飛機剎車控制方法並輸出剎車控制指令；所述剎車控制器件用於根據所述剎車控制指令輸出剎車壓力；所述剎車作動器用於接收所述剎車壓力並作用於飛機機輪。
45.本發明提供的飛機剎車控制方法、系統以及飛機，通過引入實際剎車壓力值和上一周期的目標剎車控制指令值並結合預設調整策略，對修正後的剎車控制指令值進行調整以輸出當前周期的目標剎車控制指令值，能夠應對系統響應造成的剎車指令壓力與實際壓力之間的滯後問題，達到了較好的防滑剎車控制效果，並可以有效減少剎車打滑，同時避免釋放過多壓力，獲得較高的剎車效率，有效地提升飛機的剎車性能。
附圖說明
46.為了更清楚地說明本發明或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作一簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
47.圖1是本發明提供的飛機的模塊框圖；
48.圖2是本發明提供的飛機剎車控制方法的流程示意圖；
49.圖3是本發明提供的剎車控制指令值計算的流程示意圖；
50.圖4是本發明提供的修正指令計算的流程示意圖；
51.圖5是本發明提供的目標剎車指令值計算的流程示意圖；
52.圖6是本發明提供的飛機剎車控制系統的模塊框圖。
具體實施方式
53.為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明中的附圖，對本發明中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
54.本發明的說明書和權利要求書及上述附圖中的術語「第一」、「第二」等是用於區別類似的對象，而不必用於描述特定的順序或先後次序。應該理解這樣使用的數據在適當情況下可以互換，以便這裡描述的實施例能夠以除了在這裡圖示或描述的內容以外的順序實施。
55.飛機防滑剎車控制算法是剎車控制的核心，起到調節剎車壓力以防止輪胎打滑、抱死和減少剎車距離的重要作用，保證安全可靠並高效的進行飛機的剎車減速。
56.為了解決現有技術中因實際剎車壓力與剎車壓力指令之間存在固有的延遲而影響剎車效率的問題，本發明提供一種飛機剎車控制方法、系統以及飛機，通過引入實際剎車壓力值和上一周期的目標剎車控制指令值並結合預設調整策略，對修正後的剎車控制指令值進行調整以輸出當前周期的目標剎車控制指令值，能夠應對系統響應造成的剎車指令壓力與實際壓力之間的滯後問題，達到了較好的防滑剎車控制效果，並可以有效減少剎車打
滑，同時避免釋放過多壓力，獲得較高的剎車效率，有效地提升飛機的剎車性能。
57.下面結合圖1-6描述本發明的飛機剎車控制方法、系統以及飛機。
58.請參考圖1，圖1是本發明提供的飛機的模塊框圖。一種飛機，包括輪速傳感器101、飛機速度測量模塊102、剎車控制模塊103、剎車壓力傳感器104、剎車控制器件105以及剎車作動器106。
59.示例性地，輪速傳感器101與剎車控制模塊103連接，安裝在機輪輪軸處，用於測量飛機機輪的滾轉速度，即機輪速度。
60.示例性地，飛機速度測量模塊102與剎車控制模塊103連接，用於測量飛機速度，飛機速度測量模塊102可採用飛機慣性導航系統。
61.示例性地，剎車控制模塊103分別與輪速傳感器101、飛機速度測量模塊102、剎車壓力傳感器104以及剎車控制器件105連接，用於根據接收到飛機速度測量模塊102測得的飛機速度、輪速傳感器101測得的機輪速度以及剎車壓力傳感器104測得的實際剎車壓力值，並執行本發明所述飛機剎車控制方法以輸出剎車控制指令。
62.示例性地，剎車壓力傳感器104位於剎車控制器件105的輸出端，用於測量剎車控制器件15輸出至剎車作動器106上的實際剎車壓力值。
63.示例性地，剎車控制器件105用於根據剎車控制模塊103輸出的剎車控制指令向剎車作動器106輸出剎車壓力。
64.示例性地，剎車作動器106用於接收剎車控制器件105輸出的剎車壓力，並產生剎車的力矩，然後將其作用於飛機機輪上，以使得飛機機輪減速，起到給飛機減速的作用。
65.基於以上飛機的架構，以下對本發明提供的飛機剎車控制方法、系統進行具體描述。
66.請參考圖2，圖2是本發明提供的飛機剎車控制方法的流程示意圖。一種飛機剎車控制方法，所述方法包括：
67.步驟210，根據獲取到的飛機速度、機輪速度以及預設的目標滑移率以得到剎車控制指令值。
68.步驟220，根據預設的影響因子對所述剎車控制指令值進行修正，以得到修正後的剎車控制指令值。
69.步驟230，根據獲取到的實際剎車壓力值和所述修正後的剎車控制指令值，以得到當前周期的目標剎車控制指令值。
70.需要說明的是，可周期性執行本發明所述飛機剎車控制方法，也就是說每個周期執行上述步驟210～230一次，完成一次輸入到輸出的整個計算過程，並最終輸出目標剎車控制指令值。每個周期的時間可根據實際需求而設定，例如每個周期設定為5ms。
71.以下以某一周期為例對上述步驟210～230進行具體描述。
72.請參考圖3，圖3是本發明提供的剎車控制指令值計算的流程示意圖。上述步驟210中，根據獲取到的飛機速度、機輪速度以及預設的目標滑移率以得到剎車控制指令值的步驟包括：
73.步驟2101，獲取上一周期的參考速度。
74.步驟2102，比較飛機速度和上一周期的參考速度的大小，並將速度值較大的作為當前周期的參考速度。
75.其中，飛機速度可由圖1中的飛機速度測量模塊102測得，參考速度是對飛機進行防滑剎車控制的一個參照速度，可以根據飛機運動參數計算得到，飛機運動參數例如是飛機俯仰角、機輪速度等。
76.步驟2103，將所述當前周期的參考速度減去所述機輪速度取絕對值後除以當前周期的參考速度以得到實際滑移率。
77.示例性地，實際滑移率h1＝|v
0-v1|/v0，v0表示當前周期的參考速度，v1表示機輪速度。
78.步驟2104，根據預設的目標滑移率和實際滑移率的差值的計算所述剎車控制指令值，其中所述剎車控制指令值等於所述差值的偏差項與積分項之和。
79.示例性地，假設預設的目標滑移率為h0，例如預設的目標滑移率為是0.15，差值e＝h
0-h1，那麼剎車控制指令值ma等於差值e的偏差項和積分項之和，即
80.ma＝k
p
*e+ki*∫e；
81.其中，k
p
、ki是預設參數，可以是常數。
82.請參考圖4，圖4是本發明提供的修正指令計算的流程示意圖。上述步驟220中，根據預設的影響因子對所述剎車控制指令值進行修正，以得到修正後的剎車控制指令值的步驟包括：
83.步驟2201，獲取剎車溫度。
84.飛機剎車系統一般裝有剎車溫度監測系統，通過該剎車溫度監測系統可以測量剎車溫度，將其引入計算當中。
85.步驟2202，根據所述剎車溫度和所述飛機速度計算所述修正後的剎車控制指令值。
86.示例性地，根據以下式子計算所述修正後的剎車控制指令值：
87.mb＝ma+u*(t-t)/(va-v)；
88.其中，mb為修正後的剎車控制指令值，ma為剎車控制指令值，va為飛機速度，t為剎車溫度，u，t，v均為預設參數。
89.需要說明的是，本發明實施例的預設的影響因子包括剎車溫度和飛機速度，但本發明不限於這兩個影響因子，還可以是其他影響因子，具體根據算法需要而設定。
90.請參考圖5，圖5是本發明提供的目標剎車指令值計算的流程示意圖。上述步驟230中，根據獲取到的實際剎車壓力值和所述修正後的剎車控制指令值以得到當前周期的目標剎車控制指令值的步驟包括：
91.步驟2301，獲取上一周期輸出的目標剎車控制指令值。
92.需要說明的是，上一周期的目標剎車控制指令值，是指上一次運行本發明所述飛機剎車控制方法最終輸出的目標剎車控制指令值。若不存在上一周期的目標剎車控制指令值，例如當前周期是第一次運行
93.本發明所述飛機剎車控制方法，則將上一周期的目標剎車控制指令值5默認為0。
94.步驟2302，比較所述實際剎車壓力值、所述修正後的剎車控制指令值以及所述上一周期輸出的目標剎車控制指令值的大小以得到積分值。
95.具體地，共有以下六種情形：
96.0(1)若pi《c
i-1
《mb，則cf＝c
i-1
，表示積分項不積累；
97.(2)若c
i-1
《pi《mb，則cf＝mb，表示積分項積累；
98.(3)若c
i-1
《ci《p，則cf＝mb，表示積分項積累；
99.(4)若pi》c
i-1
》mb，則cf＝c
i-1
，表示積分項不積累；
100.(5)若c
i-1
》pi》mb，則cf＝mb，表示積分項積累；5(6)若c
i-1
》mb》pi，則cf＝mb，表示積分項積累；
101.其中，pi為當前周期的實際剎車壓力值，mb為修正後的剎車控制指令值，c
i-1
為上一周期的目標剎車控制值，cf為積分值。
102.步驟2303，根據當前周期的實際剎車壓力值的變化狀態對所述積分值進行調整，以得到所述當前周期的目標剎車控制指令值。
103.0若當前周期的實際剎車壓力值pi處於增加狀態，則ci＝cf+a；
104.若當前周期的實際剎車壓力值pi處於減小狀態，則ci＝c
f-b；其中，ci為當前周期的目標剎車控制指令值，a、b為預設參數，可以是常數。
105.需要說明的是，判斷當前周期的實際剎車壓力值pi處於增加或減5小狀態，是將當前周期的實際剎車壓力值pi與上一周期的實際剎車壓
106.力值p
i-1
相比。
107.在本發明的一些實施例中，所述預設調整策略也可以是直接根據當前周期的實際剎車壓力值pi的增加值x或減小值y進行調整，即
108.若當前周期的實際剎車壓力值pi處於增加狀態，則ci＝cf+x；
109.若當前周期的實際剎車壓力值pi處於減小狀態，則ci＝c
f-y。
110.綜上所述，本發明所述飛機剎車控制方法通過引入實際剎車壓力值和上一周期的目標剎車控制指令值並結合預設調整策略，對修正後的剎車控制指令值進行調整以輸出當前周期的目標剎車控制指令值，能夠應對系統響應造成的剎車指令壓力與實際壓力之間的滯後問題，達到了較好的防滑剎車控制效果，並可以有效減少剎車打滑，同時避免釋放過多壓力，獲得較高的剎車效率，有效地提升飛機的剎車性能。
111.下面對本發明提供的飛機剎車控制系統進行描述，下文描述的飛機剎車控制系統與上文描述的飛機剎車控制方法可相互對應參照。
112.請參考圖6，圖6是本發明提供的飛機剎車控制系統的模塊框圖。一種飛機剎車控制系統600，包括剎車控制指令值計算模塊610、修正指令值計算模塊620以及目標剎車指令值計算模塊630。
113.示例性地，剎車控制指令值計算模塊610用於：
114.根據獲取到的飛機速度、機輪速度以及預設的目標滑移率以得到剎車控制指令值。
115.示例性地，指令修正指令值計算模塊620用於：
116.根據預設的影響因子對所述剎車控制指令值進行修正，以得到修正後的剎車控制指令值。
117.示例性地，目標剎車指令值計算模塊630用於：
118.根據獲取到的實際剎車壓力值和所述修正後的剎車控制指令值，以得到當前周期的目標剎車控制指令值。
119.示例性地，剎車控制指令值計算模塊610還用於：
120.獲取上一周期的參考速度；
121.比較所述飛機速度和所述上一周期的參考速度的大小，並將速度值較大的作為當前周期的參考速度；
122.將所述當前周期的參考速度減去所述機輪速度取絕對值後除以所述當前周期的參考速度以得到實際滑移率；
123.根據所述預設的目標滑移率和所述實際滑移率的差值計算所述
124.剎車控制指令值，其中所述剎車控制指令值等於所述差值的偏差項與5積分項之和。
125.示例性地，指令修正指令值計算模塊620還用於：
126.獲取剎車溫度；
127.根據所述剎車溫度和所述飛機速度計算所述修正後的剎車控制指令值。
128.0示例性地，指令修正指令值計算模塊620還用於：
129.根據以下式子計算所述修正後的剎車控制指令值：
130.mb＝ma+u*(t-t)/(va-v)；
131.其中，mb為修正後的剎車控制指令值，ma為剎車控制指令值，
132.va為飛機速度，t為剎車溫度，u，t，v均為預設參數。
133.5示例性地，目標剎車指令值計算模塊630還用於：
134.獲取上一周期輸出的目標剎車控制指令值；
135.比較所述實際剎車壓力值、所述修正後的剎車控制指令值以及所述上一周期輸出的目標剎車控制指令值的大小；
136.根據預設調整策略，以得到所述當前周期的目標剎車控制指令值。0示例性地，目標剎車指令值計算模塊630還用於：
137.若pi《c
i-1
《mb，則cf＝c
i-1
，表示積分項不積累；
138.若c
i-1
《pi《mb，則cf＝mb，表示積分項積累；
139.若c
i-1
《ci《p，則cf＝mb，表示積分項積累；
140.若pi》c
i-1
》mb，則cf＝c
i-1
，表示積分項不積累；
141.5若c
i-1
》pi》mb，則cf＝mb，表示積分項積累；
142.若c
i-1
》mb》pi，則cf＝mb，表示積分項積累；
143.其中，pi為當前周期的實際剎車壓力值，mb為修正後的剎車控制指令值，c
i-1
為上一周期的目標剎車控制值，cf為當前周期的積分值。
144.示例性地，目標剎車指令值計算模塊630還用於：
145.根據當前周期的實際剎車壓力值的變化狀態對所述積分值進行調整，以得到所述當前周期的目標剎車控制指令值。
146.示例性地，目標剎車指令值計算模塊630還用於：
147.若所述當前周期的實際剎車壓力值pi處於增加狀態，則ci＝cf+a；
148.若所述當前周期的實際剎車壓力值pi處於減小狀態，則ci＝c
f-b；
149.其中，ci為當前周期的目標剎車控制指令值，a、b為預設參數。
150.在此需要說明的是，本發明實施例提供的上述飛機剎車控制系統，能夠實現上述方法實施例所實現的所有方法步驟，且能夠達到相同的技術效果，在此不再對本實施例中
與方法實施例相同的部分及有益效果進行具體贅述。
151.最後應說明的是：以上實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對其限制；儘管參照前述實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特徵進行等同替換；而這些修改或者替換，並不使相應技術方案的本質脫離本發明各實施例技術方案的精神和範圍。