一種高可靠起落架控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種高可靠起落架控制系統(tǒng)，包括控制驅(qū)動(dòng)單元和EMAC驅(qū)動(dòng)電路，其中控制驅(qū)動(dòng)單元包括電源變換配電模塊、1553B總線接口模塊、CPU處理單元、轉(zhuǎn)向電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路、電磁閥驅(qū)動(dòng)電路和模擬量信號(hào)處理電路；所述CPU處理單元包括收放控制模塊、前輪轉(zhuǎn)彎控制模塊和防滑剎車驅(qū)動(dòng)控制模塊，本發(fā)明起落架控制系統(tǒng)采用驅(qū)動(dòng)和控制一體化設(shè)計(jì)，CPU處理單元實(shí)現(xiàn)了起落架及艙門的收放、前輪轉(zhuǎn)彎及主機(jī)輪的機(jī)電作動(dòng)器防滑剎車的聯(lián)合控制，該系統(tǒng)重量輕，功耗低，可靠性和環(huán)境適應(yīng)性好，可廣泛應(yīng)用于新型航天器著陸回收系統(tǒng)及傳統(tǒng)飛機(jī)起落架系統(tǒng)。
【專利說明】一種高可靠起落架控制系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種高可靠起落架控制系統(tǒng)，適用于新型航天器著陸回收系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng) 域。

【背景技術(shù)】
[0002] 起落架系統(tǒng)是飛機(jī)上具有相對(duì)獨(dú)立功能的子系統(tǒng)，其作用是承受飛機(jī)的靜態(tài)重 量、動(dòng)態(tài)沖擊載荷以及吸收飛機(jī)著陸時(shí)的動(dòng)能，實(shí)現(xiàn)飛機(jī)的起飛、著陸、滑行、轉(zhuǎn)彎的制動(dòng)和 控制。其性能的好壞直接影響到飛機(jī)的快速反應(yīng)、安全返航和升空以及持續(xù)作戰(zhàn)能力，進(jìn)而 影響飛機(jī)的整體性能。
[0003] 常規(guī)起落架設(shè)計(jì)中從未考慮過空間環(huán)境的影響，都是針對(duì)大氣層以內(nèi)的飛機(jī)設(shè)計(jì) 的，無法適應(yīng)高真空、大溫差、高能離子輻射、原子氧腐蝕和微重力等空間環(huán)境。
[0004] 傳統(tǒng)的起落架控制系統(tǒng)為分布式控制系統(tǒng)，起落架收放、轉(zhuǎn)彎及主輪剎車控制系 統(tǒng)分別由不同的控制設(shè)備實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)控制，控制系統(tǒng)重量和功耗較大。以往機(jī)輪防滑剎車、前 輪轉(zhuǎn)彎操縱控制、起落架收放控制獨(dú)立設(shè)置，在防滑剎車過程中沒有考慮機(jī)輪胎壓、剎車裝 置溫度及剎車盤性能的影響，使得在不同的跑道狀態(tài)下剎車效率波動(dòng)較大，對(duì)跑道和剎車 材料的適應(yīng)能力不強(qiáng)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，提供一種高可靠起落架控制系統(tǒng)， 該控制系統(tǒng)重量輕，驅(qū)動(dòng)和控制一體化設(shè)計(jì)，功耗低，可靠性和環(huán)境適應(yīng)性好，可廣泛應(yīng)用 于新型航天器著陸回收系統(tǒng)及傳統(tǒng)飛機(jī)起落架系統(tǒng)。
[0006] 本發(fā)明的上述目的主要是通過如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)的：
[0007] -種高可靠起落架控制系統(tǒng)，包括控制驅(qū)動(dòng)單元和EMC驅(qū)動(dòng)電路，其中控制驅(qū)動(dòng) 單元包括電源變換配電模塊、1553B總線接口模塊、CPU處理單元、轉(zhuǎn)向電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路、電磁 閥驅(qū)動(dòng)電路和模擬量信號(hào)處理電路；所述CPU處理單元包括收放控制模塊、前輪轉(zhuǎn)彎控制 模塊和防滑剎車驅(qū)動(dòng)控制模塊，各模塊的功能如下：
[0008] 電源變換配電模塊：將外部電源總線上的一次母線電源變換為控制系統(tǒng)各模塊需 要的二次電源，并為控制系統(tǒng)各模塊配電；
[0009] 1553B總線接口模塊：將從外部通信總線接收的指令與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為CPU處理單元 需要的格式，并發(fā)送給(PU處理單元，同時(shí)將從CPU處理單元接收的系統(tǒng)狀態(tài)信息發(fā)送給外 部通信總線；
[0010] 轉(zhuǎn)向電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路：接收CPU處理單元輸出的控制信號(hào)進(jìn)行功率放大后，輸出電 機(jī)驅(qū)動(dòng)的三相橋驅(qū)動(dòng)信號(hào)，并將所述三相橋驅(qū)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行隔離變換后輸出給外部轉(zhuǎn)向電 機(jī)；
[0011] 電磁閥驅(qū)動(dòng)電路：包括開閥驅(qū)動(dòng)電路與關(guān)閥驅(qū)動(dòng)電路，接收CPU處理單元輸出的 TTL電平信號(hào)，控制外部電磁閥的打開與關(guān)閉；其中開閥驅(qū)動(dòng)電路包括電阻Rl?R6,功率管 Tl?T2,二極管VI，所述電阻R2、R3并聯(lián)后與電阻Rl的一端和功率管Tl的基極連接，電 阻Rl的另一端與功率管Tl的發(fā)射極連接，功率管Tl的集電極與功率管T2的發(fā)射極串聯(lián) 連接，電阻R5、R6并聯(lián)后與電阻R4的一端和功率管T2的基極連接，電阻R4的另一端與功 率管T2的發(fā)射極連接，功率管T2的集電極與二極管Vl的正端連接，二極管Vl的負(fù)端與外 部電磁閥連接；其中關(guān)閥驅(qū)動(dòng)電路包括電阻R1'?R6'，功率管ΤΓ?T2'，二極管VI'，所 述電阻R2'、R3'并聯(lián)后與電阻R1'的一端和功率管ΤΓ的基極連接，電阻R1'的另一端與 功率管ΤΓ的發(fā)射極連接，功率管ΤΓ的集電極與功率管T2'的集電極并聯(lián)連接，電阻R5'、 R6'并聯(lián)后與電阻R4'的一端和功率管T2'的基極連接，電阻R4'的另一端與功率管T2'的 發(fā)射極連接，功率管T2'的集電極與二極管VI'的正端連接，二極管VI'的負(fù)端與外部電磁 閥連接，電阻R1'的一端與電阻R4'的一端連接；
[0012] 模擬量信號(hào)處理電路：將外部輸入的模擬量反饋信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)后輸出給 CPU控制單元；
[0013] 收放控制模塊：通過1553B通信總線接口電路接收外部通信總線的指令信息，并 按照指令信息發(fā)出控制信號(hào)對(duì)電磁閥進(jìn)行控制；
[0014] 前輪轉(zhuǎn)彎控制模塊：通過1553B通信總線接口電路接收外部通信總線的指令信 息，并按照指令信息發(fā)出控制信號(hào)對(duì)前輪轉(zhuǎn)彎電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制；
[0015] 防滑剎車驅(qū)動(dòng)控制模塊：接收1553B通信總線輸出的剎車指令、外部的速度傳感 器與壓力傳感器的反饋信息分別計(jì)算得到左輪和右輪的剎車力矩值，根據(jù)左輪剎車力矩值 和外部數(shù)字霍爾傳感器反饋的左輪剎車電機(jī)位置信息，得到左輪電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)，并將 所述左輪電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)輸出給EMC驅(qū)動(dòng)電路；根據(jù)右輪剎車力矩值和外部數(shù)字霍爾 傳感器反饋的右輪剎車電機(jī)位置信息，得到右輪電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)，并將所述右輪電機(jī)驅(qū) 動(dòng)控制信號(hào)輸出給EMC驅(qū)動(dòng)電路；
[0016] EMC驅(qū)動(dòng)電路：接收防滑剎車驅(qū)動(dòng)控制模塊輸出的左輪電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)與右 輪電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)外部左機(jī)輪機(jī)電作動(dòng)器和右機(jī)輪機(jī)電作動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)控制。
[0017] 在上述高可靠起落架控制系統(tǒng)中，防滑剎車驅(qū)動(dòng)控制模塊包括防滑剎車控制率計(jì) 算模塊、左機(jī)輪驅(qū)動(dòng)控制模塊和右機(jī)輪驅(qū)動(dòng)控制模塊，其中：
[0018] 防滑剎車控制率計(jì)算模塊：接收1553B通信總線輸出的剎車指令、外部的速度傳 感器與壓力傳感器的反饋信息計(jì)算得到左輪和右輪的剎車力矩值，并將左輪剎車力矩值和 右輪剎車力矩值分別輸出給左機(jī)輪驅(qū)動(dòng)控制模塊和右機(jī)輪驅(qū)動(dòng)控制模塊；
[0019] 左機(jī)輪驅(qū)動(dòng)控制模塊：接收防滑剎車控制率計(jì)算模塊輸出的左輪剎車力矩值和外 部數(shù)字霍爾傳感器反饋的左輪剎車電機(jī)位置信息，得到左輪電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)，并將所述 左輪電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)輸出給EMC驅(qū)動(dòng)電路；
[0020] 右機(jī)輪驅(qū)動(dòng)控制模塊：接收防滑剎車控制率計(jì)算模塊輸出的右輪剎車力矩值和外 部數(shù)字霍爾傳感器反饋的右輪剎車電機(jī)位置信息，得到右輪電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)，并將所述 右輪電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)輸出給EMC驅(qū)動(dòng)電路。
[0021] 在上述高可靠起落架控制系統(tǒng)中，防滑剎車控制率計(jì)算模塊通過如下公式計(jì)算左 輪和右輪的剎車力矩值T m :

【權(quán)利要求】
1. 一種高可靠起落架控制系統(tǒng)，其特征在于：包括控制驅(qū)動(dòng)單元和EMC驅(qū)動(dòng)電路，其 中控制驅(qū)動(dòng)單元包括電源變換配電模塊、1553B總線接口模塊、CPU處理單元、轉(zhuǎn)向電機(jī)驅(qū) 動(dòng)電路、電磁閥驅(qū)動(dòng)電路和模擬量信號(hào)處理電路；所述CPU處理單元包括收放控制模塊、前 輪轉(zhuǎn)彎控制模塊和防滑剎車驅(qū)動(dòng)控制模塊，各模塊的功能如下： 電源變換配電模塊：將外部電源總線上的一次母線電源變換為控制系統(tǒng)各模塊需要的 二次電源，并為控制系統(tǒng)各模塊配電； 1553B總線接口模塊：將從外部通信總線接收的指令與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為CPU處理單元需要 的格式，并發(fā)送給(PU處理單元，同時(shí)將從CPU處理單元接收的系統(tǒng)狀態(tài)信息發(fā)送給外部通 信總線； 轉(zhuǎn)向電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路：接收CPU處理單元輸出的控制信號(hào)進(jìn)行功率放大后，輸出電機(jī)驅(qū) 動(dòng)的三相橋驅(qū)動(dòng)信號(hào)，并將所述三相橋驅(qū)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行隔離變換后輸出給外部轉(zhuǎn)向電機(jī)； 電磁閥驅(qū)動(dòng)電路：包括開閥驅(qū)動(dòng)電路與關(guān)閥驅(qū)動(dòng)電路，接收CPU處理單元輸出的TTL電 平信號(hào)，控制外部電磁閥的打開與關(guān)閉；其中開閥驅(qū)動(dòng)電路包括電阻Rl?R6,功率管Tl? T2,二極管VI，所述電阻R2、R3并聯(lián)后與電阻Rl的一端和功率管Tl的基極連接，電阻Rl的 另一端與功率管Tl的發(fā)射極連接，功率管Tl的集電極與功率管T2的發(fā)射極串聯(lián)連接，電 阻R5、R6并聯(lián)后與電阻R4的一端和功率管T2的基極連接，電阻R4的另一端與功率管T2 的發(fā)射極連接，功率管T2的集電極與二極管Vl的正端連接，二極管Vl的負(fù)端與外部電磁 閥連接；其中關(guān)閥驅(qū)動(dòng)電路包括電阻R1'?R6'，功率管ΤΓ?T2'，二極管VI'，所述電阻 R2'、R3'并聯(lián)后與電阻R1'的一端和功率管ΤΓ的基極連接，電阻R1'的另一端與功率管 ΤΓ的發(fā)射極連接，功率管ΤΓ的集電極與功率管T2'的集電極并聯(lián)連接，電阻R5'、R6'并 聯(lián)后與電阻R4'的一端和功率管T2'的基極連接，電阻R4'的另一端與功率管T2'的發(fā)射 極連接，功率管T2'的集電極與二極管VI'的正端連接，二極管VI'的負(fù)端與外部電磁閥連 接，電阻R1'的一端與電阻R4'的一端連接； 模擬量信號(hào)處理電路：將外部輸入的模擬量反饋信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)后輸出給CPU控 制單兀； 收放控制模塊：通過1553B通信總線接口電路接收外部通信總線的指令信息，并按照 指令信息發(fā)出控制信號(hào)對(duì)電磁閥進(jìn)行控制； 前輪轉(zhuǎn)彎控制模塊：通過1553B通信總線接口電路接收外部通信總線的指令信息，并 按照指令信息發(fā)出控制信號(hào)對(duì)前輪轉(zhuǎn)彎電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制； 防滑剎車驅(qū)動(dòng)控制模塊：接收1553B通信總線輸出的剎車指令、外部的速度傳感器與 壓力傳感器的反饋信息分別計(jì)算得到左輪和右輪的剎車力矩值，根據(jù)左輪剎車力矩值和外 部數(shù)字霍爾傳感器反饋的左輪剎車電機(jī)位置信息，得到左輪電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)，并將所述 左輪電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)輸出給EMC驅(qū)動(dòng)電路；根據(jù)右輪剎車力矩值和外部數(shù)字霍爾傳感 器反饋的右輪剎車電機(jī)位置信息，得到右輪電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)，并將所述右輪電機(jī)驅(qū)動(dòng)控 制信號(hào)輸出給EMC驅(qū)動(dòng)電路； EMC驅(qū)動(dòng)電路：接收防滑剎車驅(qū)動(dòng)控制模塊輸出的左輪電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)與右輪電 機(jī)驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)外部左機(jī)輪機(jī)電作動(dòng)器和右機(jī)輪機(jī)電作動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)控制。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高可靠起落架控制系統(tǒng)，其特征在于：所述防滑剎車驅(qū) 動(dòng)控制模塊包括防滑剎車控制率計(jì)算模塊、左機(jī)輪驅(qū)動(dòng)控制模塊和右機(jī)輪驅(qū)動(dòng)控制模塊， 其中： 防滑剎車控制率計(jì)算模塊：接收1553B通信總線輸出的剎車指令、外部的速度傳感器 與壓力傳感器的反饋信息計(jì)算得到左輪和右輪的剎車力矩值，并將左輪剎車力矩值和右輪 剎車力矩值分別輸出給左機(jī)輪驅(qū)動(dòng)控制模塊和右機(jī)輪驅(qū)動(dòng)控制模塊； 左機(jī)輪驅(qū)動(dòng)控制模塊：接收防滑剎車控制率計(jì)算模塊輸出的左輪剎車力矩值和外部數(shù) 字霍爾傳感器反饋的左輪剎車電機(jī)位置信息，得到左輪電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)，并將所述左輪 電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)輸出給EMC驅(qū)動(dòng)電路； 右機(jī)輪驅(qū)動(dòng)控制模塊：接收防滑剎車控制率計(jì)算模塊輸出的右輪剎車力矩值和外部數(shù) 字霍爾傳感器反饋的右輪剎車電機(jī)位置信息，得到右輪電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)，并將所述右輪 電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)輸出給EMC驅(qū)動(dòng)電路。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種高可靠起落架控制系統(tǒng)，其特征在于：所述防滑剎車控 制率計(jì)算模塊通過如下公式計(jì)算左輪和右輪的剎車力矩值τ M :
其中：τ F。為前饋補(bǔ)償量；ξ為防滑控制系數(shù)；KP，Kd分別為位置控制的位置和速度反 饋的比例和微分增益系數(shù)；eP，4分別為位置誤差和位置誤差的變化率；ΚτΡ，ΚτΙ)分別為剎 車壓力控制反饋的比例和微分增益系數(shù)，e,，? τ分別為剎車壓力和期望力的誤差及誤差變 化率。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種高可靠起落架控制系統(tǒng)，其特征在于：所述左機(jī)輪驅(qū)動(dòng) 控制模塊和右機(jī)輪驅(qū)動(dòng)控制模塊均通過如下公式計(jì)算得到電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)PWM :
其中=K1為剎車計(jì)算力矩系數(shù)、Κ2為電機(jī)速度反饋比例增益系數(shù)、K3為電機(jī)位置反饋比 例增益系數(shù)、K4為補(bǔ)償量、^分別為剎車電機(jī)期望速度和當(dāng)前速度、Xt、Xp分別為剎車 電機(jī)期望位置和當(dāng)前位置。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高可靠起落架控制系統(tǒng)，其特征在于：所述轉(zhuǎn)向電機(jī)驅(qū) 動(dòng)電路包括電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊與繼電器，其中電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊接收CPU處理單元輸出的控制信號(hào) 進(jìn)行功率放大后，輸出電機(jī)驅(qū)動(dòng)的三相橋驅(qū)動(dòng)信號(hào)給繼電器，繼電器將所述三相橋驅(qū)動(dòng)信 號(hào)進(jìn)行隔離變換后輸出給外部轉(zhuǎn)向電機(jī)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高可靠起落架控制系統(tǒng)，其特征在于：所述電磁閥驅(qū)動(dòng) 電路的開閥驅(qū)動(dòng)電路還包括保護(hù)電路，所述保護(hù)電路由兩個(gè)二極管V2、V3串聯(lián)后由二極管 V2的負(fù)端與二極管Vl的負(fù)端連接后形成。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高可靠起落架控制系統(tǒng)，其特征在于：所述電磁閥驅(qū)動(dòng) 電路的關(guān)閥驅(qū)動(dòng)電路還包括保護(hù)電路，所述保護(hù)電路由兩個(gè)二極管V2'、V3'串聯(lián)后由二極 管V2'的負(fù)端與二極管VI'的負(fù)端連接后形成。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高可靠起落架控制系統(tǒng)，其特征在于：控制系統(tǒng)還包括 備份控制驅(qū)動(dòng)單元和系統(tǒng)監(jiān)控模塊，系統(tǒng)監(jiān)控模塊分別與控制驅(qū)動(dòng)單元和備份控制驅(qū)動(dòng)單 元連接，用于監(jiān)控控制驅(qū)動(dòng)單元和備份控制驅(qū)動(dòng)單元的狀態(tài)，備份控制驅(qū)動(dòng)單元包括的模 塊及各模塊的功能與控制驅(qū)動(dòng)單元相同，即備份控制驅(qū)動(dòng)單元包括備電源變換配電模塊、 備1553B總線接口模塊、備CPU處理單元、備轉(zhuǎn)向電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路、備電磁閥驅(qū)動(dòng)電路和備模 擬量信號(hào)處理電路；所述備CPU處理單元包括備收放控制模塊、備前輪轉(zhuǎn)彎控制模塊和備 防滑剎車驅(qū)動(dòng)控制模塊。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高可靠起落架控制系統(tǒng)，其特征在于：所述電源變換配 電模塊與外部電源總線之間連接有控制電源保護(hù)電路，所述控制電源保護(hù)電路包括電阻 R11、熔斷器Fll和熔斷器F12,其中電阻Rll與熔斷器Fll串聯(lián)后與熔斷器F12并聯(lián)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種高可靠起落架控制系統(tǒng)，其特征在于：所述備電源變換 配電模塊與外部電源總線之間連接有備控制電源保護(hù)電路，所述備控制電源保護(hù)電路包括 電阻R12、熔斷器F13、熔斷器F14,其中電阻R12與熔斷器F13串聯(lián)后與熔斷器F14并聯(lián)。
【文檔編號(hào)】B64C25/26GK104229126SQ201410469980
【公開日】2014年12月24日 申請(qǐng)日期:2014年9月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月15日
【發(fā)明者】張慶利, 姚世東, 張濤, 王悅, 孔文秦, 王濤, 徐方舟, 石小亮, 彭波, 賈磊, 穆星科, 張曉帆, 李永俊, 陳飛 申請(qǐng)人:中國運(yùn)載火箭技術(shù)研究院