飞机全电刹车系统伺服控制的研究与设计

论文摘要

飞机全电刹车系统是国外研制的新一代飞机刹车系统。随着电机制造技术及其驱动相关的电力电子技术和现代控制理论的飞速发展,飞机全电刹车系统引起航空工业界越来越多的关注。美国研究的基于B787的全电刹车系统试飞验证结果表明,与传统的液压刹车装置相比,全电刹车系统具有优异的刹车性能和高可靠性。在全电刹车系统中,机电作动器是系统的关键部件,而伺服电机是机电作动器的核心单元,由于无刷直流电机具有高可靠性、高功率体积比和控制效果优良等特点,令其成为机电作动器中伺服电机的最佳选择,因而无刷直流电机的驱动与控制技术成为研究全电刹车系统的关键技术。本论文主要研究了全电刹车系统中机电作动器的伺服电机——无刷直流电机及其控制驱动系统,并在其特殊的应用背景下对其驱动控制方法进行研究。论文首先简要介绍了飞机刹车的基本原理,提出了飞机全电刹车系统对伺服电机的控制要求,并根据刹车系统要求进行电机的初步选型和传动丝杆的参数预选,以及进行伺服驱动控制系统方案的设计；然后对伺服及其控制系统进行相关的分析,包括数学分析、控制方法等,并对其数学模型和控制方法在仿真软件中进行系统的仿真研究。仿真结果表明,模糊自适应PID控制方法在负载转矩和控制结构发生变化时能及时修改参数,满足系统的控制要求,达到了预期的控制效果。论文最后根据无刷电机控制系统的设计方案,进行了硬件和软件的模块化的设计。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景及研究意义
• 1.2 机轮全电刹车系统国内外研究现状和发展
• 1.2.1 美国的研究现状和发展
• 1.2.2 欧洲的研究现状和发展
• 1.2.3 国内研究现状
• 1.3 机电作动机构的要求
• 1.4 论文主要研究内容及章节安排
• 第二章 刹车系统工作原理及控制方案
• 2.1 飞机刹车过程分析
• 2.2 全电刹车系统的总体结构和电机控制方案
• 2.2.1 系统总体框架
• 2.2.2 全电刹车系统工作原理
• 2.2.3 全电刹车系统中电机控制方案
• 2.2.4 全电刹车与传统刹车系统的比较
• 2.3 作动机构简介与电机选型
• 2.3.1 作动机构简介
• 2.3.2 机电作动器电机的选型
• 2.3.3 全电刹车无刷电机的参数计算
• 2.4 本章小结
• 第三章 无刷直流电动机分析及其建模
• 3.1 无刷直流电动机结构
• 3.1.1 无刷直流电动机本体
• 3.1.2 电子换相
• 3.1.3 转子位置的检测
• 3.2 无刷直流电机的工作原理与联接方式
• 3.2.1 无刷直流电机的工作原理
• 3.2.2 无刷直流电机的联接方式
• 3.3 无刷直流电机的数学模型
• 3.3.1 微分方程模型
• 3.3.2 传递函数模型
• 3.3.3 状态空间方程分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 刹车系统伺服控制方法研究
• 4.1 无刷直流电机控制方法
• 4.1.1 电机换相和正反转控制
• 4.1.2 电机转速控制
• 4.1.3 电机的故障诊断
• 4.2 控制策略分析
• 4.2.1 传统PID控制
• 4.2.2 模糊控制
• 4.2.3 模糊自适应PID控制
• 4.3 无刷直流电机的模糊自适应PID控制
• 4.3.1 输入输出变量的模糊化处理
• 4.3.2 模糊控制规则表的确定
• 4.3.3 模糊控制查询表的建立及输出量计算
• 4.4 无刷直流电动机调速系统仿真模型
• 4.4.1 无刷电机本体模块
• 4.4.2 无刷电机速度输出模块
• 4.4.3 无刷电机位置检测模型
• 4.4.4 无刷电机的换相位置模型
• 4.4.5 无刷电机系统控制模块
• 4.5 系统仿真结果与分析
• 4.5.1 无刷直流电机速度电流闭环仿真
• 4.5.2 无刷直流电机控制模式切换控制仿真
• 4.6 本章小结
• 第五章 无刷直流电机控制系统设计
• 5.1 DSP电机控制核心电路
• 5.2 霍尔传感器检测电路
• 5.3 电流电压检测和信号隔离
• 5.3.1 电压电流检测
• 5.3.2 信号的隔离与调理
• 5.4 功率变换电路
• 5.5 系统软件设计
• 5.6 本章小结
• 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间主要的研究成果