一種飛機(jī)全電剎車系統(tǒng)及飛機(jī)電剎車余度控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于自動(dòng)控制領(lǐng)域，具體涉及一種飛機(jī)全電剎車系統(tǒng)及飛機(jī)電剎車余度控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]飛機(jī)剎車系統(tǒng)是飛機(jī)上功能相對(duì)獨(dú)立的一個(gè)子系統(tǒng)，其作用在于吸收飛機(jī)著陸和滑跑階段的動(dòng)能，使飛機(jī)快速、安全地制動(dòng)。全電剎車系統(tǒng)就是利用電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置來(lái)驅(qū)動(dòng)剎車執(zhí)行機(jī)構(gòu)，使用電子傳輸線路代替原有的輸油管路，實(shí)現(xiàn)剎車的制動(dòng)控制功能。全電剎車系統(tǒng)具有較好的可維護(hù)性以及優(yōu)良的潛在剎車性能，可以大幅減輕系統(tǒng)重量。但由于增加了很多元器件，必須對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行冗余設(shè)計(jì)，以確保其安全性和可靠性。
[0003]目前，對(duì)飛機(jī)電剎車系統(tǒng)的研宄成果主要是對(duì)防滑控制策略和控制方法的研宄，很少有對(duì)飛機(jī)電剎車系統(tǒng)控制余度管理的設(shè)計(jì)。專利《一種飛機(jī)雙余度電剎車裝置和控制方法》(公開號(hào)CN 102700542 A)僅是對(duì)機(jī)電作動(dòng)器做了余度設(shè)計(jì)，卻未對(duì)薄弱的控制單元進(jìn)行余度設(shè)計(jì)，很難保證系統(tǒng)具有足夠的可靠性。本發(fā)明采用控制單元雙余度，驅(qū)動(dòng)單元四余度的設(shè)計(jì)方法，可以極大地提高系統(tǒng)安全性，保證系統(tǒng)具有足夠的可靠性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]要解決的技術(shù)問(wèn)題
[0005]為了避免現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明提出一種飛機(jī)全電剎車系統(tǒng)及飛機(jī)電剎車余度控制方法，當(dāng)全電剎車系統(tǒng)中的控制單元、驅(qū)動(dòng)電路、電機(jī)、霍爾位置傳感器、力傳感器等發(fā)生故障時(shí)，可采用余度設(shè)計(jì)來(lái)提高系統(tǒng)可靠性。
[0006]技術(shù)方案
[0007]一種飛機(jī)全電剎車系統(tǒng)，其特征在于包括兩個(gè)DSP、兩個(gè)CPLD、四個(gè)驅(qū)動(dòng)電路、四個(gè)電機(jī)和安裝在每個(gè)電機(jī)EMA中的力傳感器；所述DSP、CPLD和兩個(gè)驅(qū)動(dòng)電路構(gòu)成一組控制單元，連接關(guān)系為⑶通過(guò)422總線分別連接1#DSP和2#DSP的輸入端，將剎車指令和剎車力信號(hào)傳輸給IifflSP和2#DSP ；1#DSP通過(guò)1#CPLD連接A驅(qū)動(dòng)電路和B驅(qū)動(dòng)電路，2#DSP通過(guò)2#CPLD連接C驅(qū)動(dòng)電路和D驅(qū)動(dòng)電路；A驅(qū)動(dòng)電路的輸出連接A電機(jī)的三相繞組上，B驅(qū)動(dòng)電路的輸出連接B電機(jī)的三相繞組上，C驅(qū)動(dòng)電路的輸出連接C電機(jī)的三相繞組上，D驅(qū)動(dòng)電路的輸出連接D電機(jī)的三相繞組上'k電機(jī)和B電機(jī)的力傳感器輸出連接1#DSP的輸入端，C電機(jī)和D電機(jī)的力傳感器輸出連接2#DSP的輸入端；所述WDSP和2#DSP之間采用SPI通信；工作狀態(tài)為:1#DSP和2#DSP分別根據(jù)剎車力信號(hào)和力傳感器反饋的力傳感器信號(hào)，計(jì)算得出PWM波的占空比；1#CPLD和2#CPLD通過(guò)四路電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置信號(hào)得出控制A驅(qū)動(dòng)電路、B驅(qū)動(dòng)電路、C驅(qū)動(dòng)電路和D驅(qū)動(dòng)電路開關(guān)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，將驅(qū)動(dòng)信號(hào)的波形與PWM波的波形進(jìn)行與運(yùn)算，使驅(qū)動(dòng)電路輸出有效值不同的電壓信號(hào)，使驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出不同的剎車力。
[0008]一種利用所述飛機(jī)全電剎車系統(tǒng)進(jìn)行飛機(jī)電剎車余度控制方法，其特征在于步驟如下:
[0009]步驟1:正常情況下，四通道電機(jī)EMA為同時(shí)工作，兩組控制單元處于熱備份狀態(tài)，每個(gè)EMA各輸出機(jī)輪總剎車力給定的1/4 ；
[0010]步驟2:當(dāng)任一通道中的某一電機(jī)、驅(qū)動(dòng)電路、霍爾位置傳感器或力傳感器發(fā)生故障時(shí)，該通道的控制DSP自動(dòng)關(guān)閉該通道，使與本通道的另一電機(jī)的EMA輸出1/3的給定剎車力，并通過(guò)SPI傳給另一通道的DSP，使另一通道的的兩個(gè)電機(jī)的EMA同時(shí)輸出給定剎車力的1/3 ；
[0011]當(dāng)兩組控制單元中各有一個(gè)通道的電機(jī)、驅(qū)動(dòng)電路或力傳感器故障時(shí)，相應(yīng)通道的DSP檢測(cè)到故障信號(hào)后，關(guān)閉故障通道的同時(shí)，使剩余的兩個(gè)正常通道EMA輸出給定剎車力的1/2 ；
[0012]當(dāng)任一控制單元的兩個(gè)電機(jī)、驅(qū)動(dòng)電路或力傳感器均發(fā)生故障時(shí)，該通道的DSP關(guān)閉兩個(gè)故障通道，并將故障信號(hào)通過(guò)SPI傳給另一通道的DSP，使另一通道兩個(gè)的電機(jī)EMA各輸出給定力的1/2 ；
[0013]當(dāng)只剩下一個(gè)電機(jī)、驅(qū)動(dòng)電路或力傳感器正常時(shí)，兩組控制單元的DSP在封鎖故障通道的同時(shí)，使剩余的唯——個(gè)正常電機(jī)的EMA輸出全部給定的剎車力；
[0014]當(dāng)任一控制單元的DSP發(fā)生故障時(shí)，由DSP故障判斷電路判斷出DSP故障信號(hào)，并由該通道的CPLD將故障信號(hào)通知另一正?？刂茊卧腄SP，再通知給防滑控制單元，由正?？刂茊卧獌?nèi)的兩個(gè)電機(jī)的EMA輸出給定剎車力的1/2。
[0015]有益效果
[0016]本發(fā)明提出的一種飛機(jī)全電剎車系統(tǒng)及飛機(jī)電剎車余度控制方法，針對(duì)剎車系統(tǒng)容易損壞的元件，進(jìn)行了冗余設(shè)計(jì)，驅(qū)動(dòng)控制可同時(shí)驅(qū)動(dòng)四個(gè)通道的機(jī)電作動(dòng)器(Electro-Mechanical Actuator, EMA)作動(dòng)。其中核心控制單元(DSP+CPLD)米用雙余度、電氣回路采用四余度設(shè)計(jì)；將A通道和B通道的功率驅(qū)動(dòng)電路、電機(jī)、力傳感器及霍爾位置傳感器分為一組，采用1#DSP和1#CPLD作為主控制單元；而C通道和D通道的功率驅(qū)動(dòng)電路、電機(jī)、力傳感器分為另一組，采用2#DSP和2#CPLD作為副控制單元。主副控制單元同時(shí)驅(qū)動(dòng)四個(gè)通道的機(jī)電作動(dòng)器(Electro-Mechanical Actuator, EMA)作動(dòng)。實(shí)現(xiàn)控制單元雙余度，驅(qū)動(dòng)單元四余度。1#DSP與2#DSP之間通過(guò)SPI通訊。
[0017]本發(fā)明的兩個(gè)控制通道之間僅通過(guò)SPI連接，故障時(shí)不會(huì)對(duì)另一通道產(chǎn)生影響。四個(gè)驅(qū)動(dòng)余度之間，相互隔離，保證了獨(dú)立性。當(dāng)任一控制單元、無(wú)刷電機(jī)、功率驅(qū)動(dòng)電路、力傳感器等電氣回路發(fā)生故障時(shí)，均能維持剎車力不變，保證系統(tǒng)仍能正常工作。
【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1:全電剎車系統(tǒng)總體原理框圖
[0019]圖2:主控制單元硬件結(jié)構(gòu)圖
[0020]圖3:驅(qū)動(dòng)電路A拓?fù)鋱D
[0021]圖4:余度控制方法原理框圖
【具體實(shí)施方式】
[0022]現(xiàn)結(jié)合實(shí)施例、附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述:
[0023]本發(fā)明的全電剎車系統(tǒng)，包括剎車控制單元(Brake Control Unit, B⑶)、機(jī)電作動(dòng)控制器(Electro-Mechanical Actuator Controller, EMAC)和機(jī)電作動(dòng)器(Electro-Mechanical Actuator, EMA)。其中，BCU用于在開始剎車之前，通知EMAC關(guān)閉停機(jī)開關(guān)，電磁離合器解鎖，執(zhí)行正常剎車；在完成剎車之后，BUC通知EMAC開啟停機(jī)開關(guān)，電磁離合器鎖緊，使飛機(jī)不至移動(dòng)；還用于產(chǎn)生防滑控制指令。EMAC包括控制單元(DSP+CPLD)和驅(qū)動(dòng)電路，用于控制和驅(qū)動(dòng)EMA中的電機(jī)作動(dòng)。EMA包括電機(jī)、力傳感器、霍爾位置傳感器，用于將電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生剎車壓力，并采集剎車壓力大小以及電機(jī)霍爾位置信號(hào)。
[0024]所述EMAC包括功率驅(qū)動(dòng)電路、隔離電路、模擬信號(hào)調(diào)理電路、數(shù)字信號(hào)處理電路和電源變換電路；其中，功率驅(qū)動(dòng)電路，用于將270V直流電通過(guò)三相橋式逆變器逆變?yōu)榻涣麟姡?qū)動(dòng)無(wú)刷電機(jī)旋轉(zhuǎn)；隔離電路，用于實(shí)現(xiàn)強(qiáng)弱電之間的電氣隔離，提高其抗干擾能力；模擬信號(hào)調(diào)理電路，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)剎車力電流給定、剎車力反饋信號(hào)以及應(yīng)急剎車指令的放大、濾波、比較、整流等調(diào)理工作；數(shù)字信號(hào)處理電路，用于力矩調(diào)節(jié)器控制算法、電機(jī)換相控制、DSP和CPLD之間的電平轉(zhuǎn)換，DSP故障診斷等工作；電源變換電路，用于將28V控制電源轉(zhuǎn)換為不同控制電路所需要的供電電壓，同時(shí)對(duì)270V強(qiáng)電電壓和28V控制電壓的幅值進(jìn)行判斷，對(duì)其上電次序進(jìn)行必要的管理，確保系統(tǒng)在上電和運(yùn)行中的電源安全。
[0025]本發(fā)明同時(shí)還提供一種余度控制方法，當(dāng)電剎車系統(tǒng)中的控制單元、功率驅(qū)動(dòng)電路、電機(jī)、力傳感器等發(fā)生故障時(shí)，采用余度控制設(shè)計(jì)提高系統(tǒng)可靠性，其余度控制方法如下:
[0026]正常情況下，四通道EMA為同時(shí)工作，兩組控制單元隨時(shí)處于熱備份狀態(tài)，每個(gè)EMA各輸出機(jī)輪總剎車力給定的1/4 ；
[0027]當(dāng)任一通道的電機(jī)、驅(qū)動(dòng)電路、霍爾位置傳感器或力傳感器發(fā)生故障時(shí)，例如A電機(jī)通道發(fā)生故障時(shí)，控制1#DSP自動(dòng)關(guān)閉A電機(jī)通道，使B電機(jī)通道EMA輸出1/3的給定剎車力，并通過(guò)SPI傳給2#DSP，使C電機(jī)通道和D電機(jī)通道的EMA也輸出給定剎車力的1/3 ；
[0028]當(dāng)兩組控制單元中各有一個(gè)通道的電機(jī)、驅(qū)動(dòng)電路或力傳感器故障時(shí)，例如A電機(jī)通道和C電機(jī)通道發(fā)生故障時(shí)，1#DSP和2#DSP檢測(cè)到故障信號(hào)，在關(guān)閉故障通道的同時(shí)，使剩余的兩個(gè)B電機(jī)通道和D電機(jī)通道EMA輸出給定剎車力的1/2 ；
[0029]當(dāng)任一控制單元兩通道的電機(jī)、驅(qū)動(dòng)電路或力傳感器均發(fā)生故障時(shí)，例如A電機(jī)通道和B電機(jī)通道均發(fā)生故障時(shí)，WDSP關(guān)閉兩個(gè)故障通道，并將故障信號(hào)通過(guò)SPI傳給2#DSP，使C電機(jī)通道和D電機(jī)通道的EMA各輸出給定力的1/2 ；
[0030]當(dāng)只剩下一個(gè)通道正常時(shí)，例如只剩下A電機(jī)通道正常時(shí)，兩個(gè)DSP在封鎖故障通道的同時(shí)，使剩余的唯——個(gè)A電機(jī)通道的EMA輸出全部給定的剎車力；
[0031]當(dāng)任一控制單元的DSP發(fā)生故障時(shí)，由DSP故障判斷電路判斷出DSP故障信號(hào)，并發(fā)給相應(yīng)CPLD，由相應(yīng)CPLD將故障信號(hào)最終通知給正常DSP，再通知給防滑控制單元(Brake Control Unit, BOJ)，由正?？刂茊卧獌?nèi)兩個(gè)EMA輸出給定剎車力的1/2。
[0032]具體實(shí)施例:如圖1所示，本發(fā)明主要由B⑶10，EMAC 20和EMA 30組成，其中EMAC 20主要由DSP和CPLD組成的控制單元以及驅(qū)動(dòng)電路組成，EMA 30主要由電機(jī)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和力傳感器組成。
[0033]以主控制單元為例，如圖2所示，B⑶10通過(guò)RS422總線發(fā)送剎車力給定信號(hào)(O?8000N)，1#DSP接收力給定信號(hào)，并通過(guò)ADC模塊采集力傳感器信號(hào)A和力傳感器信號(hào)B(其中力傳感器信號(hào)需要經(jīng)過(guò)模擬信號(hào)調(diào)理電路濾波放大后方能進(jìn)入DSP的ADC模塊)，通過(guò)運(yùn)算得出兩路特定占空比的PWM波，并輸出給I#CPLD，通過(guò)邏輯運(yùn)算，得出12路PWM波，并通過(guò)光耦隔離后，施加給驅(qū)動(dòng)電路