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​西北工业大学自动化学院博士答辩(张希)

2021年10月12日 16:31  点击:

答辩题目:飞机全电刹车故障容错与控制技术研究

答辩人:张希

答辩时间:2021年10月21日,14:00-16:00

答辩地点:自动化学院303

答辩内容简介:

多电飞机技术是现代航空科技领域的研究热点,全电刹车技术则是飞机多电化发展过程中的关键技术之一。刹车系统作为飞机上的一个重要子系统,承担着飞机运行过程中的滑跑、制动、中断起飞以及差动转弯等功能,是飞机在起降阶段的关键机载设备。因此,全电刹车系统的运行状态对于飞机的飞行安全至关重要,本论文以提升飞机全电刹车系统的可靠性能与动态性能为目标,研究了飞机全电刹车系统中的相关控制技术,主要的研究内容如下:

1.针对飞机全电刹车系统中永磁无刷直流电机的霍尔传感器故障,提出了一种新型的快速诊断与容错控制策略。定义了跳变沿信号与霍尔状态信号,并将其作为霍尔传感器的故障诊断依据,降低了控制算法对控制芯片处理性能的需求。进行故障诊断时,在传统故障诊断算法中外部捕获中断触发的基础上,结合控制芯片中的定时器中断触发模式对霍尔信号进行高频检测,实现了对电机霍尔传感器故障的快速诊断与容错控制。实验结果表明,相较于传统文献中提出的故障诊断方法,本文所提控制策略可大幅提升系统的故障诊断与容错控制速度,能有效降低霍尔传感器故障给电机驱动系统带来的性能波动。

2.飞机全电刹车系统中驱动电机的运行状态非常复杂,需频繁在正向转动、逆向转动以及停止转动状态之间切换,仅依靠传统的霍尔信号检测方法无法完成霍尔传感器的故障诊断。针对这一电机运行特性,提出了一种基于有限状态机的电机霍尔传感器故障诊断与容错控制方法。设计了基于超螺旋算法的电机转速观测器,并在建立的有限状态机中添加了变量约束条件与时间约束条件,将故障诊断问题转换为了对各约束条件的求解问题,实现了对上述复杂工况下电机霍尔传感器故障的快速检测和容错控制。最后通过实验对所提控制方法进行了验证,结果表明该方法可准确区分反向霍尔信号与故障霍尔信号,有效提升了全电刹车系统中电机驱动系统的运行可靠性。

3. 在飞机全电刹车系统的机电作动器中,由刹车压力产生的齿轮组变形、压力迟滞和电机负载扰动等因素,严重影响其建模精度与控制器设计。针对机电作动器中的这些非线性特性,提出了一种基于自适应神经网络的机电作动器控制方法。将机电作动器的理想模型与实测数据进行了对比,对刹车压力作用下机电作动器内部齿轮组的变形进行了分析,建立了机电作动器的实际数学模型。借鉴反演控制中逐层推导的设计思想,采用径向基神经网络对模型中的未知函数进行拟合与逼近,设计了具有自适应特性的机电作动器控制方法。最后对建立的模型和设计的控制方法进行了实验验证,与经典反演控制相比,该方法具有更优异的刹车压力响应性能。

4. 飞机刹车系统的工作性能不仅取决于作动器性能,还与防滑控制策略有关,现有防滑刹车系统很难保证飞机刹车时的侧向稳定性。针对该问题,以某装配全电刹车系统的无人机为研究对象,提出了一种将防滑刹车控制与机电作动器控制融合的控制方法。建立了飞机滑跑刹车时的受力模型,采用对称型的障碍李雅普诺夫函数对滑移率上限进行约束,保证刹车工作点的稳定性。考虑到机电作动器内部的非线性特性,设计了基于快速幂次终端滑模的控制算法,并建立模糊校正器用于控制参数的实时调节,实现了高性能的刹车压力伺服控制。最后通过建立的半物理仿真试验台对所提方法进行验证,结果表明该方法可有效保证飞机刹车时的侧向稳定性,有较强的工程意义。

答辩人简介:

张希,男,西北工业大学自动化学院2013级博士研究生,专业电气工程,主要研究方向为飞机全电刹车系统。

撰稿:王希

审核:王小旭

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