多电飞机非相似余度电刹车及其无压力传感器控制研究

Electric actuation brake technology is an important supporting technology and inevitable the trend of the aviation industry, it has great significance to the development of the more electric aircraft technology, its reliability and security are very important to the safety of the whole aircraft system. In order to improve the reliability, hybrid electric actuation with dissimilar redundancy and the electromechanical braking actuator control with force estimation method are proposed from the point view of the redundancy configuration and the elimination of wearing parts. Based on the special multiple forces with surface coupling mode for the electric braking system, the force coupling mechanism and the force fighting generating mechanism will be analyzed. Considering the impact of nonlinear factors, the force fighting equalization control strategy will be constructed to effectively overcome the impact of the force fighting from the aspects of global coordinated constraint of actuator dynamics, design of nonlinear force controller and cross coupling compensation of internal force fighting. Based on the existing sensors, reliable and accurate detecting method of contact point between dynamic and static discs will be studied. Taking the contact point as the benchmark and considering the temperature and wearing influence on brake discs, through establishment of the force-displacement stiffness characteristics estimating equations and the force-torque balance characteristics estimating equations, and on the basis of the force coupling mechanism and the force fighting generating mechanism, we can construct the force fusion algorithm so as to achieve accurate estimation of the actuator force. The research results will lay a theoretical basis for the analysis, control and estimation of multiple forces with surface coupling mode, and can provide basic theory and method for high reliable electric brake system of more electric aircraft technology.

电作动刹车技术是一项航空重要支撑技术和必然趋势，对我国多电飞机技术的发展具有重要意义，其可靠性对整个飞机系统的安全至关重要。为有效提高可靠性，从作动器余度配置和消除易损件的角度，试图提出非相似余度混合电作动和机电式电刹车作动器无压力传感器控制方法。基于电刹车系统特殊的多力面式耦合方式，分析力耦合机制与力纷争产生机理，考虑非线性因素的影响，从全局协调约束作动器动态、非线性压力控制器设计以及内部力纷争交叉耦合补偿等方面，构建力纷争均衡控制策略，有效克服力纷争的影响。基于已有传感器，研究可靠精确的动静盘接触检测方法，以接触点为基准，考虑刹车盘温度和磨损影响，分别建立压力-位移刚度特性估计方程和压力-转矩平衡特性估计方程，以力耦合机制与力纷争产生机理为基础，构建压力融合算法，实现压力的精确估计。研究成果将奠定多力面耦合方式下的分析、控制与估计理论基础，为我国多电飞机高可靠电刹车提供基础理论与方法。

电作动刹车技术是一项航空重要支撑技术和必然趋势，对我国多电飞机技术的发展具有重要意义，其可靠性对整个飞机系统的安全至关重要。 . 机电式与电静液式作动技术是实现飞行器电刹车的两种可行方案，两种技术各有优劣，但却具有极强的互补性。为此，本项目提出一种两种技术相结合的飞机非相似余度刹车系统构型，可消除传统技术复杂的余度配置模式，提高系统可靠性。. 非相似余度刹车系统会存在力纷争，影响系统性能、效率。作动器性能不一致是产生力纷争的关键因素之一，为减小力纷争，提出一种新型电静液刹车作动器拓扑，可使电机和油泵工作在最优效率点，进而在空间体积约束下提高系统频响，为减小力纷争奠定了基础。. 无刷直流电机是电刹车系统的动力源，而霍尔位置传感器是无刷直流电机中的可靠性薄弱环节。提出了基于有限状态机的霍尔位置传感器故障诊断与容错控制方法，对提高电刹车系统的可靠性具有重要意义。同时，也可拓展应用于其他伺服系统中。. 在电刹车系统中，作动器性能不一致是必然客观存在的。提出基于多智能体一致性方法的非相似余度混合作动刹车系统协调控制方法，采用迭代学习控制理论设计控制器，实现了多个作动器的一致性跟踪，从顶层控制的角度为解决力纷争问题提供了一种可行方案。. 电刹车系统中采用压力传感器检测作动器压力，恶劣环境致使其可靠性大为降低，且存在信号数量多、抗干扰性差的问题。提出一种基于电机转子位置传感器、电流传感器等已有传感器的多传感器融合压力估计方法，为进一步提高可靠性奠定了基础。. 通过本课题的研究，提出了一些飞机电刹车作动新拓扑，探索了提高可靠性的一些新方法，部分成果已应用到多个机型上。该研究为不断提高电刹车系统可靠性与安全性，以及进一步推广应用奠定了坚实的基础。