專利名稱：飛機(jī)剎車系統(tǒng)半實(shí)物仿真平臺(tái)結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于機(jī)電系統(tǒng)控制和半實(shí)物仿真技術(shù)，涉及對(duì)傳統(tǒng)飛機(jī)剎車實(shí)驗(yàn)系 統(tǒng)的改進(jìn)。
技術(shù)背景飛機(jī)剎車系統(tǒng)是保證飛機(jī)正常起飛、著陸的重要系統(tǒng)，其性能品質(zhì)的檢驗(yàn)是 保障飛機(jī)飛行安全的重要措施。傳統(tǒng)飛機(jī)剎車實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)采用大直徑慣量盤模擬 飛機(jī)跑道，將飛機(jī)輪胎相對(duì)地面的滾動(dòng)轉(zhuǎn)化為機(jī)輪相對(duì)于慣量盤的滾動(dòng)，來模 擬飛機(jī)實(shí)際的剎車過程，以測(cè)試飛機(jī)剎車系統(tǒng)的性能。傳統(tǒng)的飛機(jī)剎車實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)主要存在的問題(1)釆用質(zhì)量固定的慣量盤轉(zhuǎn)動(dòng)慣量來模擬飛機(jī)的平動(dòng)慣 量，所以只能對(duì)特定質(zhì)量飛機(jī)的剎車系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試，當(dāng)被測(cè)試飛機(jī)的質(zhì)量改變 時(shí)，依靠增加或者減少慣量盤配重來調(diào)節(jié)慣量盤的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，這種方式的缺點(diǎn) 是整個(gè)慣量盤系統(tǒng)很難做到動(dòng)平衡，慣量盤的慣量也不能進(jìn)行無級(jí)調(diào)整；同時(shí) 由于沒有采用半實(shí)物仿真方法，沒有采用飛機(jī)著陸滑跑的六自由度數(shù)學(xué)模型， 不能對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)殘余推力、氣動(dòng)阻力和前輪摩擦等進(jìn)行補(bǔ)償。(2)傳統(tǒng)飛機(jī)剎車 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)沒有安裝的真實(shí)起落架系統(tǒng)，不能真實(shí)模擬剎車過程中起落架的動(dòng)態(tài) 特性，即不能模擬剎車過程中機(jī)輪的徑向載荷。(3)傳統(tǒng)飛機(jī)剎車實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)采 用單邊加載的方式，由于真實(shí)的飛機(jī)機(jī)輪是左右對(duì)稱結(jié)構(gòu)的，所以不能再現(xiàn)飛 機(jī)剎車系統(tǒng)的真實(shí)工作環(huán)境。同樣由于傳統(tǒng)飛機(jī)剎車試驗(yàn)系統(tǒng)的單邊加載方式， 不能進(jìn)行研究飛機(jī)剎車過程的糾偏控制問題。(4)傳統(tǒng)飛機(jī)剎車試驗(yàn)系統(tǒng)沒有 三維視景系統(tǒng)，不能顯示飛機(jī)剎車試驗(yàn)過程中飛機(jī)的坐標(biāo)和姿態(tài)。因此在傳統(tǒng)的飛機(jī)剎車實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)上進(jìn)行飛機(jī)剎車系統(tǒng)的測(cè)試存在一定的局 限性。為了再現(xiàn)剎車系統(tǒng)的實(shí)際工作狀況，實(shí)現(xiàn)對(duì)一定質(zhì)量范圍內(nèi)飛機(jī)的剎車 系統(tǒng)的測(cè)試，有必要設(shè)計(jì)飛機(jī)剎車系統(tǒng)半實(shí)物仿真平臺(tái)。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一個(gè)能夠模擬飛機(jī)剎車系統(tǒng)真實(shí)工作環(huán)境的測(cè)試平本發(fā)明的技術(shù)方案是飛機(jī)剎車系統(tǒng)半實(shí)物仿真平臺(tái)，其主要包括載荷 壓下系統(tǒng)、慣量模擬系統(tǒng)、機(jī)輪剎車系統(tǒng)、仿真計(jì)算/虛擬儀表系統(tǒng)和視景系統(tǒng)。 其中載荷壓下系統(tǒng)能夠模擬飛機(jī)剎車過程中輪胎的徑向載荷；慣量模擬系統(tǒng)用來模擬飛機(jī)的平動(dòng)慣量，同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)剎車過程中飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)殘余推力、氣動(dòng)
阻力和前輪摩擦的補(bǔ)償；機(jī)輪剎車系統(tǒng)為物理的飛機(jī)剎車裝置；仿真計(jì)算/虛擬 儀表系統(tǒng)和視景系統(tǒng)中仿真計(jì)算機(jī)中解算飛機(jī)著陸滑跑六自由度模型，輸出電 動(dòng)機(jī)的力矩參考值和左右載荷壓下系統(tǒng)壓下載荷的參考值，并將解算的飛機(jī)位 置和姿態(tài)傳送給視景系統(tǒng)，虛擬儀表部分能夠?qū)崟r(shí)顯示飛機(jī)的空速、姿態(tài)、高
度、航向和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速等。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是與傳統(tǒng)飛機(jī)剎車實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)相比，能夠在實(shí)驗(yàn)過程中實(shí)現(xiàn) 機(jī)輪徑向載荷的跟蹤；采用機(jī)械慣量電模擬技術(shù)以適用不同質(zhì)量飛機(jī)剎車系統(tǒng) 的測(cè)試；采用左右對(duì)稱的兩個(gè)剎車裝置既可以研究飛機(jī)防滑剎車控制，又可以 研究飛機(jī)剎車過程中的糾偏控制；仿真計(jì)算機(jī)中采用飛機(jī)著陸滑跑六自由度模 型，實(shí)時(shí)計(jì)算電動(dòng)機(jī)的力矩參考值和左右載荷壓下系統(tǒng)壓下載荷的參考值，并
將解算的飛機(jī)位置和姿態(tài)傳送給視景系統(tǒng)，虛擬儀表部分能夠?qū)崟r(shí)顯示飛機(jī)的 空速、姿態(tài)、高度、航向和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速等。該研究成果為飛機(jī)的著陸滑跑及剎 車控制律的設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)與驗(yàn)證提供了有效的手段和開發(fā)環(huán)境，既減少了真實(shí)實(shí) 驗(yàn)的風(fēng)險(xiǎn)，又節(jié)約了大量資金，具有獨(dú)創(chuàng)性和顯著的經(jīng)濟(jì)效益。
圖l是載荷壓下系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理圖。
圖2是慣量模擬系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理圖。
圖3是機(jī)輪剎車系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理圖。
圖4是視景系統(tǒng)。
圖5是虛擬儀表。
圖6是飛機(jī)剎車實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)控制拒。
圖7是實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)信號(hào)調(diào)理示意圖。
圖8是視景顯示和仿真計(jì)算機(jī)控制拒。
圖9是飛機(jī)座艙。
圖10是測(cè)控計(jì)算機(jī)環(huán)形網(wǎng)絡(luò)拓樸結(jié)構(gòu)。
具體實(shí)施例方式
下面對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。
本半實(shí)物仿真平臺(tái)主要包括載荷壓下系統(tǒng)、慣量模擬系統(tǒng)、機(jī)輪剎車系 統(tǒng)、仿真計(jì)算/虛擬儀表系統(tǒng)和視景系統(tǒng)。
其中圖1所示載荷壓下系統(tǒng)主要包括包括油源、伺服閥、液壓缸、位置傳感器(LVDT)和壓力傳感器。油源系統(tǒng)為自行研制的，調(diào)壓范圍為0 18MPa。伺 服閥型號(hào)為FF-102/30。作動(dòng)筒為自行研制的。高精度位移傳感器型號(hào)為DA-75， 量程為0 100mm;位移傳感器測(cè)得作動(dòng)筒伸出位移，形成載荷壓下系統(tǒng)的位置控 制。壓力傳感器型號(hào)為BK-2F,量程為0 3T;壓力傳感器測(cè)得作動(dòng)筒輸出力， 形成載荷壓下系統(tǒng)的力控制，壓下力的參考值由仿真控制計(jì)算機(jī)給出。
其中圖2所示慣量模擬系統(tǒng)主要包括慣量盤、電動(dòng)機(jī)、變頻器、力矩傳 感器和旋轉(zhuǎn)編碼器。慣量盤為鐵質(zhì)實(shí)心圓柱體，直徑0. 8m,厚0. 3m,質(zhì)量1176kg, 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量94. 08kgm2;慣量盤用來模擬飛機(jī)跑道和飛機(jī)部分慣量。電動(dòng)機(jī)采用西 門子變頻調(diào)速電機(jī)，西門子電動(dòng)機(jī)型號(hào)1LG6 223-6AA10-Z，額定功率30kW,額 定轉(zhuǎn)速980rpm,額定轉(zhuǎn)矩292Nm;電動(dòng)機(jī)可以對(duì)慣量盤施加正、反兩個(gè)方向的 力矩，實(shí)現(xiàn)飛機(jī)部分慣量的模擬和發(fā)動(dòng)機(jī)殘余推力、氣動(dòng)阻力、前輪摩擦力等 的補(bǔ)償，力矩的參考值由仿真控制計(jì)算機(jī)給出。西門子變頻器型號(hào) 6SE7026-0ED61。力矩傳感器型號(hào)為AKC-205型扭矩傳感器，量程為士1000Nm; 力矩傳感器測(cè)得電動(dòng)機(jī)輸出力矩形成力矩閉環(huán)控制。旋轉(zhuǎn)編碼器型號(hào)為 ERN120-5000-01,通過計(jì)數(shù)測(cè)得慣量盤的轉(zhuǎn)速形成慣量盤的速度控制。
其中圖3所示機(jī)輪剎車系統(tǒng)主要包括機(jī)輪及輪胎、比例式電控剎車閥及 控制器、磁敏電阻測(cè)速傳感器、剎車力矩傳感器。機(jī)輪型號(hào)LS-137，該機(jī)輪和 (360x130-127 )無內(nèi)胎輪胎配套使用。比例式電控剎車閥及控制器型號(hào)YS-146, 由控制器、電動(dòng)機(jī)組件、剎車閥等組成，輸入占空比0~100%的控制信號(hào)分別對(duì) 應(yīng)0 6MPa的輸出壓力?！菲澝綦娮铚y(cè)速傳感器型號(hào)CS-J1-M12,每轉(zhuǎn)產(chǎn)生600個(gè) 脈沖。剎車力矩傳感器由電阻應(yīng)變式荷重傳感器(CZLYB-4H/300kg )和力臂 (150mm)組成，因此剎車力矩傳感器的量程為441Nm。
其中仿真計(jì)算/虛擬儀表系統(tǒng)和視景系統(tǒng)中仿真計(jì)算機(jī)中解算飛機(jī)著陸滑 跑六自由度模型，輸出電動(dòng)機(jī)的力矩參考值和左右載荷壓下系統(tǒng)壓下載荷的參 考值，并將解算的飛機(jī)位置和姿態(tài)傳送給圖4所示的視景系統(tǒng)；圖5所示虛擬 儀表部分能夠?qū)崟r(shí)顯示飛機(jī)的空速、姿態(tài)、高度、航向和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速等。。
下面詳細(xì)介紹一下半實(shí)物仿真平臺(tái)的測(cè)試系統(tǒng)。
圖6為飛機(jī)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)控制拒，由三臺(tái)研華610H系列工業(yè)控制計(jì)算機(jī)和兩個(gè) 信號(hào)調(diào)理機(jī)箱組成；三臺(tái)工控機(jī)中最上面的為系統(tǒng)管理上位機(jī)，內(nèi)有實(shí)時(shí)網(wǎng)卡 GE-VMIC-PCI-5565 —塊；下面的兩臺(tái)分別為載荷壓下和慣量^^莫擬下位機(jī)、剎車 下位機(jī)，內(nèi)分別有實(shí)時(shí)網(wǎng)卡GE-VMIC-PCI-5565、AD卡PCI-1716、DA卡PCI-1723、計(jì)數(shù)板卡PCI-1784各一塊；三臺(tái)工控機(jī)通過實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)連接。信號(hào)調(diào)理機(jī)箱為自 行研制實(shí)現(xiàn)信號(hào)的濾波、放大等，如圖7所示。
圖8為視景顯示和仿真計(jì)算機(jī)控制拒。上面的為仿真計(jì)算機(jī)，內(nèi)有實(shí)時(shí)網(wǎng) 卡GE-VMIC-PCI-5565、 10卡AC4165、 AD卡AC1558各一塊,計(jì)算機(jī)采集圖9所 示座艙內(nèi)的操縱數(shù)據(jù)，并實(shí)時(shí)解算飛機(jī)六自由度數(shù)學(xué)模型，將飛機(jī)的相關(guān)參數(shù) 傳遞給座艙內(nèi)的虛擬儀表面板，并將電動(dòng)機(jī)輸出力矩參考值和左右載荷壓下參 考值通過實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)傳遞給載荷壓下和慣量模擬下位機(jī)；下面的為視景顯示計(jì)算 機(jī)，該計(jì)算機(jī)接收仿真計(jì)算機(jī)傳遞過來的飛機(jī)三個(gè)坐標(biāo)和歐拉角，通過投影機(jī) 三維顯示飛機(jī)的位置和姿態(tài)，如圖4所示。
這樣圖6中的三臺(tái)工控機(jī)和圖8中的仿真計(jì)算機(jī)通過圖IO所示實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)連 接起來。
權(quán)利要求
1、飛機(jī)剎車系統(tǒng)半實(shí)物仿真平臺(tái)結(jié)構(gòu)，其特征在于載荷壓下系統(tǒng)為左右對(duì)稱的閥控缸結(jié)構(gòu)，包括油源、伺服閥、液壓缸、位置傳感器(LVDT)和壓力傳感器。能夠進(jìn)行位置控制和力控制，通過力控制可以實(shí)現(xiàn)飛機(jī)剎車實(shí)驗(yàn)過程中機(jī)輪徑向載荷的模擬。慣量模擬系統(tǒng)包括慣量盤、電動(dòng)機(jī)、變頻器、力矩傳感器和旋轉(zhuǎn)編碼器。慣量盤為鐵質(zhì)實(shí)心圓柱體，用來模擬飛機(jī)跑道和飛機(jī)部分慣量。電動(dòng)機(jī)采用西門子變頻調(diào)速電機(jī)，電動(dòng)機(jī)可以對(duì)慣量盤施加正、反兩個(gè)方向的力矩，實(shí)現(xiàn)飛機(jī)部分慣量的模擬和發(fā)動(dòng)機(jī)殘余推力、氣動(dòng)阻力、前輪摩擦力等的補(bǔ)償。力矩傳感器測(cè)得電動(dòng)機(jī)輸出力矩形成力矩閉環(huán)控制。旋轉(zhuǎn)編碼器通過計(jì)數(shù)測(cè)得慣量盤的轉(zhuǎn)速形成慣量盤的速度控制。機(jī)輪剎車系統(tǒng)包括機(jī)輪及輪胎、比例式電控剎車閥及控制器、磁敏電阻測(cè)速傳感器、剎車力矩傳感器。采用左右對(duì)稱的兩個(gè)剎車裝置，分別模擬飛機(jī)左右兩個(gè)主機(jī)輪的剎車系統(tǒng)，可以用來研究飛機(jī)在非對(duì)稱剎車情況下的防滑剎車控制律和糾偏控制律。仿真計(jì)算/虛擬儀表系統(tǒng)和視景系統(tǒng)中仿真計(jì)算機(jī)中解算飛機(jī)著陸滑跑六自由度模型，輸出電動(dòng)機(jī)的力矩參考值和左右載荷壓下系統(tǒng)壓下載荷的參考值，并將解算的飛機(jī)位置和姿態(tài)傳送給視景系統(tǒng)；虛擬儀表部分能夠?qū)崟r(shí)顯示飛機(jī)的空速、姿態(tài)、高度、航向和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速等。
全文摘要
本發(fā)明屬于機(jī)電系統(tǒng)控制和半實(shí)物仿真技術(shù)，涉及對(duì)傳統(tǒng)飛機(jī)剎車實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的改進(jìn)。該半實(shí)物仿真平臺(tái)包括載荷壓下系統(tǒng)、慣量模擬系統(tǒng)、機(jī)輪剎車系統(tǒng)、仿真計(jì)算/虛擬儀表系統(tǒng)和視景系統(tǒng)。其中載荷壓下系統(tǒng)能夠模擬飛機(jī)剎車過程中輪胎的徑向載荷；慣量模擬系統(tǒng)用來模擬飛機(jī)的平動(dòng)慣量，同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)剎車過程中飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)殘余推力、氣動(dòng)阻力和前輪摩擦的補(bǔ)償；機(jī)輪剎車系統(tǒng)為物理的飛機(jī)剎車裝置；仿真計(jì)算/虛擬儀表系統(tǒng)和視景系統(tǒng)中仿真計(jì)算機(jī)中解算飛機(jī)著陸滑跑六自由度模型，輸出電動(dòng)機(jī)的力矩參考值和左右載荷壓下系統(tǒng)壓下載荷的參考值，并將解算的飛機(jī)位置和姿態(tài)傳送給視景系統(tǒng)，虛擬儀表部分能夠?qū)崟r(shí)顯示飛機(jī)的空速、姿態(tài)、高度、航向和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速等。該研究成果為飛機(jī)的著陸滑跑及剎車控制律的設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)與驗(yàn)證提供了有效的手段和開發(fā)環(huán)境，既減少了真實(shí)實(shí)驗(yàn)的風(fēng)險(xiǎn)，又節(jié)約了大量資金，具有獨(dú)創(chuàng)性和顯著的經(jīng)濟(jì)效益。
文檔編號(hào)G09B25/02GK101604490SQ20081011471
公開日2009年12月16日 申請(qǐng)日期2008年6月11日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月11日
發(fā)明者波 李, 李豐羽, 焦宗夏 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)