（电力电子与电力传动专业论文）飞机防滑刹车控制器数字测试系统研究.pdf

a b s t r a c t l h eh y d 圳l i cb 衄i ( i n gs y s t 锄w 鹊t 1 1 ek e m e le q u i p m e n tf o ra i r a r a f i sl 觚d i n g 觚d t d i 【i n go 箴a i l t i s k i db n 瞄n gc o n 咖1 1 e rw 弱u p d a t c dc e 嬲e l e 蟠l yw i m t h ed c v e l 叩c do f i c et c c l l i l i q u e i no r d c rt oi n l p r o v ct l i eq u a l i t yo fm a i l u f 砬t i l r e 龇dt e 咄t oi i i l p r o v e t h ec o h e r 锄c e 卸dt l l ea u t o m a t i cd c 伊o ft l l et e s ts y s t 鲫，1 1 1 e 柚t i - s h db r a i 【i n g c o n 仃o l l c rt e s ts y s t 锄w a sd e s i 弘c ds t h e 锄t i - s l ( i db 嘣【i i l gc o n n o l l c rt e s ts y s t 锄，w i l i c h s t i m u l 鲫t e dt l l eb n l 【i n gs t a t ef b r 础r a f i ，w 勰t l l em 也i i l 蛐m m e mo ft e s t 孤l d e x p 咖c n tf o r 锄t i s k i db r a l 【i 1 1 9c o n 仃o l l c r 觚dv a l i d a t e dt l l ew o r l ( i n gp e r f b m 柏c eo f t l l e 觚f i s l 【i db f a k i n gc o n n d l l 盯 t h e 、r d kp r i n c i p l eo fa n t i - s 虹db l m 【cf o ra i r c r a rw 粥p f e s a n e d t h ec o n s t i t i l t e so f d i 五t a l 狮t i s i k db r d k i n gs y s t e mw a si n 饥) d u c e d ，a l s ot l l ef i l n c t i o no ft h e 扣n i - s k i d b m k i n gc o m m l l e rw 弱d e s c r i b e d o nt h eb 勰i so ft h ef i l i l c t i o no f 锄t i s 虹db r a l ( i n g c o n t r o l l e r ，t h ed e m a n d e df i ：m c t i o no ft 嚣ts y s t e i i lw a s 孤a l y z e d 锄dt l l eo v e 均1 1s 订雄o f t e s ts y s t e mw 舔d e s i 辨e d u s i n gt l l et i sc h i p1 m s 3 2 0 f 2 4 0 船t i i em a i l lc o n n d l l e r d e s i 盟c dm eh 盯d w a r ec i r c u i t ，q u i r e d 锄dd e a l e dw i n lt l l e 姐a l o gs i 印a l s 粕dd i 舀t a l s i 鲫a l s ，l o w e r - c o m p u t c r 锄du p p e r - c o m p u t c rw 勰c o m m u i l i c a t e db yu s bb u s h h a “1 w a r e ，t h em i i l i s y s t 锄c i r c l l i to f t m s 3 2 0 f 2 4 0 ，1 l l ef o r e s i 班a lm o d u l a t ec i r c u i t ，t l l e w h ls p e e ds i i i l u l a c c ds i 髓a lc i r c u i t ，m e dc o n v e r s er e f b 陀n c ep o w c rc i r c u i t ，u s b c o m m l l l l i c a t e dc i r c u i t c h 猢e ls e l c c t e dc i r c l l i t ， r s 4 8 5 ，r s 2 3 2c o n v e r s ec i r c u i tw a s d e s i 弘e d t h el o w e rs o f t w a r ew 弱d e v e l o p c db a s e d c c si n t e g r a t e de l l v i r o 姗c l l t ， w 硒p r o 伊a m m e db yc 卸d 笛s 曲1 b l yl 锄g u a g e w l l i l et h eu p p e r f h a r ew 勰d 州e l 叩e d b 豳e do nv c + + 6 0w h i c hi sav i e w a b l ep r o g r a mt 0 0 1 t l l ew d md r i v e rp m g 舳w 勰 d i s c l l s s e dp r i m a l i t y ，t l l e l lc h 3 7 5d r i v 盯p r o g 阻mw 船d i s c m s e di n - d 印t h ，t h et c c h l l i q u e o f t h r e a d w 雒l l s c d t o l o o k u p t l l e u s bd r i v 盯锄d 比a do r w f i t e t h ed a t a ，a n d u s e r l o 百n w i n d o w s ，u s e r l c c tw i l l d o w s ，u s e ro p 盯a t c dw i n d o w sw 勰d e s i g n e d 髓ej o i nt e s to f b m l 【i l l gs y s t 锄a n dt e s ts y s 把mw 勰c o m p l e t e d ，m er e 蛐ns h o w e d 血a ti tr c h e dt 1 1 ed c s i r e da i m 柚dc o u i ds a l i s f yw i t ht 1 1 en e e do fs t a t i ct c s tf o r 彻t i s k i d 溅i 培c o n t r o l l e c 脚o r d ： t e s ts y 呶m ，u s bc o m m l m i c a t i o n ，a n t i - s k i d 蜥gc o n t l o l l e r ，d s pu s b d r i v e r p r o 铲锄 西北工业大学 学位论文知识产权声明书 本人完全了解学校有关保护知识产权的规定，即：研究生在校攻 读学位期间论文工作的知识产权单位属于西北工业大学。学校有权保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版。本人允许论 文被查阅和借阅。学校可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关 数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编 本学位论文。同时本人保证，毕业后结合学位论文研究课题再撰写的 文章一律注明作者单位为西北工业大学。 保密论文待解密后适用本声明。 学位论文作者签名：逝 埘旁；月够。日 指导教师签出 一竺笙三三蔓 西北工业大学 学位论文原创性声明 秉承学校严谨的学风和优良的科学道德，本人郑重声明：所呈 交的学位论文，是本人在导师的指导下进行研究工作所取得的成果。 尽我所知，除文中已经注明引用的内容和致谢的地方外，本论文不包 含任何其他个人或集体已经公开发表或撰写过的研究成果，不包含本 人或他人已申请学位或其它用途使用过的成果。对本文的研究做出重 要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。 本人学位论文与资料若有不实，愿意承担一切相关的法律责任。 学位论文作者签名：盔鱼谩 聊年；即日 西北i 业大学硕士论文 第一章绪论 第一章绪论 1 1 课题研究的背景和意义 随着现代战争的升级，作战环境地恶化，军用飞机的要求也越来越高。据有 关的报道和统计数据来看，飞行员在执行任务时所发生的事故，大部分都发生在 飞机起飞和降落的时候，与之相关的重要机载设备系统一飞机防滑刹车系统的性 能的好坏显得尤为重要，直接关系到飞机及机载人员的安全问题，防滑刹车控制 器作为防滑刹车系统的核心设备，更是重中之重。 我国对飞机防滑刹车控制器的研究有半个世纪多的时间，从机械一气压式到 目前的数字式，均取得良好的效果，而对控制器测试的这个领域研究却处于一片 空白，至今为止仍用信号发生器、示波器和万用表等人工仪器对控制器进行性能 测试，不仅操作麻烦，而且耗用大量的空间和时间，对于户外校验测试更是望尘 莫及。我们希望可以设计一套控制器测试系统，以弥补此项的空白，也是飞机防 滑刹车系统的发展需要。 本课题研究目的是在深入了解数字式防滑刹车控制器的基础之上，进行控制 器测试系统的设计，以有效地提高飞机刹车系统的可靠性、提高刹车效率和飞机 对各种载荷状况、跑道状况、气候条件的适应能力。课题的意义在于为防滑刹车 控制器提供了一套完整的测试方案，可以使用于不同环境下，对于提高飞机整体 作战性能具有重要作用。 1 2 测试系统的发展 1 2 1 测试手段的发展 进入2 0 世纪9 0 年代后，随着个人计算机价格的大幅度降低，出现了用“p c + 仪器板卡+ 应用软件”构成的计算机虚拟仪器。虚拟仪器采用计算机开放体系结 构来取代传统的单机测量仪器。将传统测量仪器中的公共部分( 如电源、操作面 板、显示屏幕、通信总线和c p u ) 集中起来由计算机共享，通过计算机仪器扩展板 卡和应用软件在计算机上实现多种物理仪器。虚拟仪器的突出优点是与计算机技 术结合，仪器就是计算机，主机供货渠道多、价格低、维修费用低，并能进行升 级换代：虚拟仪器不必担心仪器永远保持出厂时既定的功能模式，用户可以根据 实际生产环境变化的需要，通过更换应用软件来拓展虚拟仪器功能，适应实际科 研、生产需要；另外，虚拟仪器能与计算机的文件存储、数据库、网络通信等功 能相结合，具有很大的灵活性和拓展空间。在现代网络化、计算机化的生产、制 嚣北工业大学硕士论文第一露绪论 遥环境孛，纛撤仪器更能适应现代制造堑复杂、多交瓣斑用需求，麓更邋遴、受 经济、更灵活地解决工业生产、新产品试验中地钡4 试问题。体现在以下几个方面： “。1 ( 1 ) 硬件功能软件化。随澍微电子技术地发展，微处理器地速度越来越快， 价格也越来越便宜，使得一些寅时性要求很高，原本鼷由硬件完成的功能，可以 逶过敬 孛寒密瑷。甚至原来建硬耱憩爨缀难解决或缀零无法解决豹超遂，也霹以 用较俘技术缀好的解决。( 2 ) 集城纯、模块像。丈簸模集成邀路l s l 技零发震妥 今天，集成电路的密度越来越高，体积也越来越小，内部结构越来越复杂，功能 也越来越强大，从而提高了每个模块而真个仪器系统的集成度。模块化功能硬件 时现代仪器仪表的一个强有力的支持，它使得仪器更加灵活，仪器的硬件缌成更 加篱洁。纹器与计算规技术的深艨次结合产生了全薪驰仪器结穆壤念。苁壤缀仪 器、专式仪嚣、￥x i 慧线仪器壹至集成纹器概念，裁楚聚谓翡虚掇俊嚣。麓擎静由 数据采集卡、计算机、( d a ) 输出及显示器这种结构模式组成仪器通用平台。在 此平台基础上，在软件引导下，谶行信号的采集、处理、分析等操作，实现仪器 功能并完成测试和控制的全过程，便构成了该种功能的测量或控制仪器，成为具 有虚拟面板的纛叛仪器。在同一警套上调用不同的测按软 牛裁可以构戒不湖功能 豹虚撵纹嚣，敬琴方援逢穆多耱溅接功襞集子一钵，蜜瑷多魂能集残敌嚣。 ( 3 ) 参数整定和修改实时化。随着各种现场可编程器件和在线编程技术地发展，仪器 仪表地参数甚麓结构不必在设定时就确定，而是可以程仪器使用地现场实时麓入 和动态修改。( 4 ) 硬件平台通用化。现代仪器仪表强调软件地作用，选敞个或 多个带共性嫩蒸本硬 牛来组成一个遵用硬件平台，通道调用不同她软件来扩展或 缝藏各耱功戆撼纹器或系统。一螽纹器大致霹努为3 令帮分：数据豹采裳、数据戆 分析与处理、存储显示或输出。传统的仪器是由厂家将上述的三类功能部件，根 据仪器功能按固定的方式组建，般一种仪器只有一种或数种功能。而现代仪器 则是将具有上述一种或多种功能的通用硬件模块组合起来，通过编制不嘲的软件 来构成任何一释仪器的。 l 。2 2 测量穰弩处霪的发震 信号处理芯片是近年来出现的一种用于快速处瑕信号的器件。它的出现，对 简化信号处理体系的机构，提高趱算速度，加快信号处理的实时能力等，有很大 影响。目前，傣号分析技术的发艘秘标是：进一步提黼在线实时能力，撼满分辨 力彝运算精发，扩大蠢发震象熬专穗凌藐，专建税麴参鍪纯，猛髭蠢准纯，竣爨 低廉倔。 2 西北1 = 业人学硕十论文 第一章绪论 1 2 - 3 开发平台的发展趋势 面向仪器和测控系统的计算机软件应用平台技术的发展十分迅速，2 0 世纪9 0 年末以来，各种面向仪器与测控系统的计算机应用软件平台层出不穷，使仪器与 测控系统的设计方法产生了革命性的进步，极大地缩短了开发周期，降低了开发 费用。随着计算机技术地进一步发展，可以相信，基于网络平台地应用开发环境 将成为主流，网络技术、虚拟现实技术、三维成像技术将成为新一代软件应用平 台地新特点n l 。 测试平台上，调用不同地测试软件就构成不同功能地仪器，因此软件在系统 中占有十分重要地地位。在大规模集成电路迅速发展地今天，系统的硬件越来越 简化，软件越来越复杂；集成电路器件价格逐年下降，而软件费用则上升，测试 软件不轮对大的测试系统还是对单台仪器子系统都是十分重要地，而且是未来发 展和竞争地焦点。有专家预测：“在测试平台上，下一次大变革就是软件。”软 件技术对于计算机测试系统地重要性，表明了计算机技术在现代测试系统中的重 要地位。但不能认为，掌握了计算机技术就等于掌握了测试技术。这是因为，其 一，计算机软件永远不可能全部代替测试系统的硬件；其二，不懂得测试系统的 基本原理就不可能正确地组建测试系统，也不可能正确地应用计算机。因此，现 代测试技术即要求测试人员熟练掌握计算机应用技术，又要求测试人员深入掌握 测试技术的基本理论“”。 通用集成仪器平台的构成技术与数据采集、数字信号分析处理的软件技术是 决定现代测试仪器、系统性能与功能的两大关键技术。以虚拟集成仪器为代表的 现代测试仪器、系统与传统测试仪器相比较的最大特点是：用户在集成仪器平台 上根据自己的要求开发行营的应用软件，就能构成自己需要的实用仪器和实用测 控系统，其仪器不限定于厂家的规定。 1 3 论文的主要工作安排 l 、论文第一章介绍了课题研究的背景和研究意义，分析测试手段的发展历史 和发展趋势。 2 、论文第二章分析了飞机防滑刹车的工作原理，以某型飞机为例介绍防滑刹 车系统的结构，了解飞机防滑刹车控制器的功能要求，并对飞机防滑刹车控制器 的硬件电路和软件做了简要的介绍。 3 、论文第三章根据飞机防滑刹车测试系统的功能要求，确定测试系统方案设计， 提出以n 公司的t m s 3 2 0 f 2 4 0 微处理器为控制核心搭建测试系统的硬件平台， 详细地分析各个硬件电路的工作原理。 4 、论文第四章完成测试系统下位机软件的设计，在c c s 软件平台上，采用c 西i 工业大学颈士论文第一意绪论 语言和汇编诿京混合编程，并发澳试系统底层软俸。 5 、论文第赢章以虚拟仪器为设计指导思想，选用可视化软件v c + + 6 ，0 开发 上位机用户操作面板，采用线程、图形和设备端口驱幼等技术，为测试人员设计 一个简单、崴观地用户操作平台，提高测试系统的自幼化程度。 6 、论文第六鬻对论文豹王终送行总结跌及对未来豹麓嚣进行展望。 4 嚣北t 业大学硕士论文 第二二拳防滑翻车控制器的功熊分析 第二章防滑刹车控制器的功能分析 2 1 飞机防滑刹车的工作原理 飞辍巍程毙镁务羞蘧嚣，当童轮充分滚超亲或轮载嚣关接逶嚣速入覆鬻戆耱 滑刹车过程。戴时，祝轮将承受刹车压力产生的刹率力矩j 移地面对飞梳机轮的结 合力矩作用。渴刹车力矩大于结合力矩的时候，机轮打滑，机轮的转速降低，机 轮速度传感器将此信号反馈给防滑刹车控制器，同时防滑刹车控制器接收刹车指 令传感器的聪力信号( 即驾驶员的踩脚踏板的压力) ，综合二者的信号并按照一定 熬整毒l 援德绘魄滚瘸鼹溺 爨爨减奎瓣毫滚薅号，器敦裁攀基力，班轮打澎赘滁； 之后机轮转速叉会增大，控制器瞧镘馒缝增大刹车电流地输出，重新寻找与地瑟 结合力矩相通威地刹车力矩，机轮又进入打滑状态，控制器再输出减小的刹车电 流，解除打滑，这样不停地循环m 作下去，直到飞机逸到失效速度后，便由飞行 员自行控制刹颦压力，刹停飞机。 2 。2 数字式飞桃防港囊车系统戆结构帮原理 图2 - l 数字式飞机防滑刹车系统的结构框图 不同型号飞机的防滑刹车系统功能要求和物理结构实现是不一样，传统的模 5 嚣蘸王韭大学联士论文第二牵貔游崩车控裁嚣豹功能分辑 拟防滑刹车系统都包括机轮刹鼯系统和防滑系统，对于数字式飞机防滑刹车系统 来说瓶者并没有严格的区分，阕2 1 给出了菜型飞机的防滑刹车系统结构框图， 下甏瓣系统孛各熬俘骰篱要豹余缓； l 、机轮速度传感器 机轮速度传感器是检测机轮速度的装置，采用电磁感应技术，主要有传感头 嚣砖感黎齿妥缀袋。当极轮转动霹，霆定在轮毅或者轮辘攫慧圈逛跟黉转动，齿 圈上的轮齿不时接近、离开传感头的磁极，使得传感头巾电磁感应线圈的磁场发 生周期性的变化，于是在线圈中感应出接j 酲正弦波的电信号。此信号与机轮的转 速成难比，并以j 蝰：代表枫轮速度传送给防滑控制器。 2 、潮车指令俦薅潞 刹车指令传感器的输出是一个可变的意流电压信号，幅值与驾驶员踩脚蹬的 位移和操纵力成反比，给驾驶员在操纵时提供一定的位移艨和力感，使驾驶员易 于撩乎鍪。 3 、数字式防滑刹翠控制器 控制器是整个刹车系统的核心控制部件，它接收刹率指令传感器的刹车信号 _ 和枫轮速度传感器的速发信号，以就为依据产生相应的控制电嬉号，操纵伺服溷 去溺带翻车盘裁擎愿力：穰箨瓣车捂令信弓羧靠滚压锬豹舞：关；实瑷对勰车辫释 和投制器自身的电路进行故障检测，将结果通过r s 4 8 5 总线报告给航电计算机。 4 、嫩液伺服阀 邀滚饲缀耀囊簧密力矩骂遮、爱饕挡叛润耱浮阗教丈器缝残，将控铡器辕窭 的防滑刹车电流转换为刹车压力，两者是一种正比例关系，即控制器输出的刹车 电流越大，那么输出的刹车压力也越大；输出的刹车电流越小，输出的刹车压力 也越小；翔果没蠢刹车电流输拽羁寸，电液镧服阕输出豹刹车压力为零。强此我翻 又怒瞧液儡服阕称为卸压阀。京豹应用可黻提高猫车系统辩翻车压力的控制能力 和备种不同跑道表面状态的自适应能力，使刹车系统保持较高的刹车效率。 5 、刹车装置 弱车装萋整予凝轮轮毂凑，毙泡滚爨溅瓣耱篷豹弱擎挺秀转换为刹擎力篷。 飞机着陆时其动擞由轮毂带动并随机轮一起转动，静盘通过刹车壳体与轮轴相连， 不随机轮转动，雾片动盘与静擞相互交错装配以增大摩擦颟，当刹车滕力输送到 刹攀装嚣豹汽缸藏辩，汽缸痤溪塞移动，传力至承压盘，国手承压盘将宠均匀地 作嗣副动静盘上，使动盘和静盘相互挤压，盘于动盘和静焱之闻存在襁对运动， 因此可以产生很火的摩擦力矩即刹车力矩，使机轮制动。 6 、鼹磁液压锁 瓷磁滚压镁逶鬻豹结稳是叛先警瘸控裁一个三霞嚣遴熬换囱溺，秀鞍羧淘瘸控 制液压锁的工作，也是一种电流型器件。当停机刹车信号有效、或起落架收上刹 6 鳗1 ：渡天学颈+ 论文第二章防游刹车按翻器静功藐分辑 车信母有效、或有刹车信譬且刹车信号小予歼锁门限时，液压锁处于开通状态； 停机刹车结束、起落架收上刹车结束时，液压锁应立即关闭；在碱常刹车结束后， 液联锁延时5 s 后关闭。 7 n a m p 系统 n 怂零( k 髓轰峨。毽堇c 洳瘫韬r 氮g 歌e s f ) 帮 魏空毫予整羧娃淫氛。n 怂转 计冀枫和井部接连的接翻电路构成了n a a 撑系统。n m p 系统作为航空电子系 统中一个重要的分系统，能对系统进行故障梭测，快速对故障进彳亍判断，隔离， 为机场地勤人员提供维护的依据，缩短维护时间和飞机的再次出航时间。其主要 功能如下：监控非航电系统的状态，能够按照故障的等级提供告警；管理非航电 系绫豹b 强( b 垂l k 耘) ；把 靛邀系统熬状态参数簧送给靛滚系绫，鞋提撰 参数熬示；把靛电系统参数传送给菲航电系绕满足非航电系统的运行要求；传送 非航电系统故障数据在多功能显示器上显示或者在数据传输卡上记录。 2 3 防滑刹车系统控制方式分析 蠡上令整纪勰年雩 乏戆凌速菠簧惑器蠹鬻缎轮赘车系统串，羧镄方式痊熬羚式 向打滑溢控式发震。综合黧内夕 现有的飞辘防滑翻车系统中可知，嚣前的打滑监 控控制方式主要有以下三大类型：开关式防滑刹车系统、滑移率控制方式防滑刹 车系统和速度差加偏压调节防滑刹车系统。 歼关式防滑刹车又称为机械式一惯性防滑刹车，他只接收枫轮减速度，当机 轮减速发趣过菜一门羧镶辩，鬟毪簧感器壹援遴避凝坡辍穆操级浚援润蠖裂车装 置与潮泊踌接通。由予镄饿传感器感受的信弩不再通过模投电路绒数字电路进行 处理，防滑刹车系统无法仔细区分跑道表面的状况以及机轮的打滑程度，也不能 在跑道表面大范围变化的情况获得良好的刹牮性能。因此，它的刹车效率特别的 低，刹率也显的特别不平橡。目前只在俄罗斯一些飞机上使用这种控制方式。 游移率控割式茨渗旋零系绞控铡浸移速殷秘飞辍速度夔毙搴，囊淫移率夫子 菜一门隈时，鄢认为绪会系统已经超过了峰德，使控毒l 器产生珑漪信号，解除刹 车压力。这种控制方式需臻引入飞机速度，通常利用飞机前轮的速度代替飞机速 度，而在我国目前所服役的飞机上均未给前轮靛速度传感器，所以就目前来说这 种控制方式未能被采用。另外，这种控制方式需要找出不同条件下的结合系统系 数蜂馕掰对应的潺移率拶怒翔当困难静，因为该篷交纯 霉抉瑟纛羧不稳定，敷 敬在实黼应用孛为了保谖系统豹安全工终，都采瘸皖较保守静潺移率门限氆，弱 车压力加的比较低，并没脊充分利用地面所提供的最大结合系数。还有，滑移率 的值逐需要通过运用专家慈统多次的训练才能褥出，因此对c p u 的要求都很高。 速度熬加偏压调节控制以飞机速度和机轮速度的麓量作为控制算法的输入量，实 ? 嚣嚣王遭大学矮士论文 楚二章貔潺翻车控剃嚣熬功嶷分撬 际当中，由于飞机速度是不可测量的，因此用人为拟定的参考速度代替飞机速度， 当参考速度大予机轮速度时，参考速度按照定的规律递减；当参考速度小于机 轮速度嚣，参考遮发裁等手橇轮速度。镶藤调第摇系统投蕹不露懿燕邀狭态纛嚣 滑特性产生一个相对稳定的输出分量，从而把刹车压力调节到一个比较接近能产 生打滑信号的压力值，以提高系统的刹车效率。主要由比例级、微分级、p b m 级 _ 帮缘会级构成。魄劈l | 级夔输爱浃掇轮努漤程度翁调节臻号；微分级黪输出反映 枫轮滑动交仡率大小的调节信号，对于深打滑具有一定的稚常作用：p 辩m 级是整 个控制策略的核心，当机轮处于打滑状态时，p b m 级输出个迅速上升的调节信 号，解除刹车压力，当枫轮由抒滑状态转向滚动状态时，p b m 级输出一个逐渐减 夸豹调节信号，使得褫轮重薪罨援弱车力麓，进入下一节接翻车；综会缀将 铡 级、微分级和p b m 级的输出按照一定的权煎加权平均并综合指令传感器信号后 输出。由上面的分析可知，这种控制方式实际上是一种带多门限p d 控制，只是 这璧p 函没有受馕蠢疆。这是耱魄较成熟戆控刳方式，袭国内大部分瓣飞瓤土 都装备这种防滑刹车系统。但怒，该方法缺点是在低速的时候容易出现打滑状态。 为了解决这个问题，在很多文献提出模糊控制加现有的偏压调节综合产生新型的 控制规律，丽这皴控制援律均处于仿真豹理论研究阶段，要想应用到蜜际中还需 要一羧时闻；现实豹茨潘弱车系统中设霉一个失效速度，警飞税翡速凌夺于失效 速度使，防滑刹牮控制器停止工作，改由飞行员自由的控制刹车压力。 2 。4 防涝刹车控黩| 器实现鳇功能 l 、旋常刹车功能 当接通轮载开关，刹车信号为( 4 l ，7 ) v 时，对应刹车电流为( o 7 5 ) 珏汰。魏采无茨澎嘏流，茨、懑刹攀控制器应羧据翔车压力麓蠢援应静刹攀毫滚；如 果裔防滑电流，控制器应综合防滑信号后再输出给电液伺服阀电流。 2 、防滑功能 舫滑系统主要旨两大功能：一是防止枫轮锁死，使机轮打滑，导致方向失控， 撬狳缒死，造成轮胎严重磨援蕊至爆黯；二楚充分裁矮戆蠢缝合系数，撵高飞掇 的刹车效率，缩短着陆距离。在飞机着陆滑跑过程中，机轮速传感器时刻检测机 轮速度，并将速度信号送入控制器，控制器根据速度信号的变化趋势，判断机轮 是黉产生或接近抒游。絮巢产惫或接近打潺，控到嚣将接剁滚压阂遴缮逶当逸捡 刹，及时释放刹率压力，避免因刹车压力道大而刹死机轮，造成轮胎爆破，保障 飞机着陆安全。 3 、搂遮保护 警飞视在空审土电詹，控制器应自两鼹髑黻阕输出静态毫流，敷僚障终落霹， 8 两j e = l = 媲大学硕士论文第二章防滑剃车控嚣器的功能分析 印使驾驶员误踩了豺车，枫轮也不会带压着黼。机轮轮载开关接通( 前轮着地) 或机轮充分滚动起来( 机轮速度传感器输出频率超过2 6 0 h z ) 后接地保护功能自 动解除，开始防滑刹车。 4 、轮闯保护 凌予囊车极轮熬载耱分酝不穆、囊车蠹黪漆零季糕夔痒擦系数苓_ 露缝完全一致 及其德一些客观存在静不对称因素，使飞辊产生偏离航向的铡转遴渤，轮闻保护 就是骚保护飞机跑偏。当一侧机轮速度低于另一侧机轮速度的速度熬达到( 2 2 0 4 4 0 ) h z 时，智能控制器威将低速侧基准速度屹升到高速侧基准速度，使低速测 产生误麓v ，输出静态电流，释放该侧刹举服力，使低速机轮遽度上舞，避免 飞撬稳馕。当捉疑速度小予3 国酞愿露，轮瓣绦护功箍叁番失效。 5 、低滤探测 由于防滑刹车系统在正作的后期变得不灵敏，不能对机轮的打滑予以解除， 造成机轮严重拖胎，因此，控制器应在机轮遴魔达到设置的失效速度( 2 2 公里 小时) ，强制防滑刹车系统静止工作。 文黪瓣臻戆 飞机在起飞线上准备怒飞释，控裁器接收静刹车开关信号，强铆剃车，使飞 机处于静止状态，等到发动机推力已经上升剿菜一值时，再解除刹车，其目的就 是缩短起飞距离。静刹开关接通时，控制器向伺服阀输出静态电流( 2 2 2 ) n a 。 7 、起落架收上刹车 飞砉琵醒l 起飞嚣，在起辏絮毂超戆过程孛，接救起落桨收怒嫠譬，簸凄囊车毫 流，实藏刹车，使祝轮箨也转动，以便予褥怒落絮段西机身内部。在起落架牧上 刹车时控制器向伺服阈输出静态电流( 2 3 ) r n a 。 8 、故障检测 防滑刹车系统要求其裔完备的故障检测岛照示功能，实时检测系统的各种工 终状态，势进孬薮障擐警，供维修入员检测基髂戆教障部霞。载辕捡测功戆季建 操箨镁褥开关，要求在瓣漤裁车的任一对塞l 麓缝实嚣季检测。 2 5 防滑刹车控制器的实现 防滑刹车控制器主簧由电源模块，速度信号调理电路，刹车指令信号调理 电路，弹关髦调理龟爨，液疆瓣驱凄毫路，液爨镂驱动电路，赦障稔溅毫鼹，藏 障和谬蠢告警电路，遗诫嘏路组成。飞枫速度俺懑器输出两路带载蜂一峰值v b o 6 v ，频率：f b l a x = 2 6 0 0 h z 的近似正弦波，通过整形滤波将其转换为为同频率 的方波信号，输入到d s p 捕获端口。刹车指令传感器信号，直接送d s p 的d 输入端。防滑刹车控制信母经d ，a 转换和v i 转换电路控制刹车伺服阀，实现对 譬 嚣蕊工鼗大学颈圭论文 第二牵貉潺穰苇控铡嚣魏葫毙癸辑 飞机防滑刹车控制。飞机刹车系统故障检测电路主要包括机轮速度传感器、刹车 指令饴感器，液聪锁、伺服阀、刹车通道等故障检测。铡时刹车系统控制器可以 逶j 毫率行总线与簸魄计算撬逶纷信惠交换。撩翻器硬辞撵踅鲡蓬2 - 2 。 | 耄源援块 = = 号盛 隅雾降爿噩 i 调理媳路广一。 耧军攒令信l d s 噍小幕缀 麟弱隔 i 号调璎电路广叫叫告警电路 r 孵聪阐 # 叵l 理电路广1 故辫检i h i 测电路广叫 爱2 2 控翻器硬徉棰嚣 控制器的软件采用模块化设计，实现功能细分，一方面可提高软件的移植性 升级性，另一方蕊增强软件的易测试性。软件先是从主程序开始，主程序先是对 与骥绛秘关骞存嚣靛配嚣，关麓滚歪畿，莠瘸凌硬俘看门狗。紧接羞鼹系绞冷，热 复位的判断，冷簸位指系统刚上电时的复位，它是由外围的分立元件构成的复位 电路；当系统受外界的电磁干扰使程序跑飞，未能在规定的时间内对蒲门狗电路 进行及时地喂狗，导致系统复像，这种复位称之为热复像。飞机防滑刹举系统对 实辩健和安全槛饕寐穰离，不允诲系统在熬笺位霞，蠢浮簸裙始凌态拜始运行， 这样可能导致爆胎，直接威胁机载人员的安惫，因此，我们在系统热复位后，将 一臻煎要的变量保持在程序跑飞前的状态。复位判断完之后，启动定时器2 ，利用 定辩嚣2 戆羯鬻串戆蕈2 p r 失控露l 鑫设墨一令羧裁基准露阕l o 髂。 机轮速度信号经过整波电路转换为同频率的方波信号，通过d s p 的捕获端日 采集，共有两路输入，选用c a p l 和c a p 2 捕获口，定时器3 为捕获时基。当信 号上黠澄至g 来对，逡入播获中辑服务予程序，记录此时的定辩器3 豹馕，并将该 穰存入弱f 沿寄存器中去，囊下一个脉；串的上舞浴到来，再透入播获中断复位 子程序，再记下此时定时器3 的值，跟前次的值做差值，就可以计算出方波信号 的周期。在一拍中采集3 次速度信号，做算零平均，然聪再转换为电聪信号( 此 转揆系数羧覆模羧鑫孛魄铜系数寒定静) ，侈凳该拍豹较羧速度篷。援繁橇轮速瘦 信母，计算飞机的参考速度。刹车指令信号赢接由d s p 的d 采集输入，采用 1 0 秀北工她入学硕士论文 第二章防滢刹车控嚣嚣的功栽分析 中位德算术数字滤波方法她理后得到刹车摇令电压值。 控制予程序是系统关键部分，首先检测轮载开关、静刹开关、起落架收上开 关的状态，如果轮载开关由接通变断开和起落架收上开关由断歼变接通，说明飞 机已怒飞，控制盒输出起辫浆收上刹车电流；如果轮载开关接通秘静刹开关由断 嚣搂逶，说骥飞疑歪在骰熬飞壤备，控翱盒竣窭戆刹电滚；蘩栗轮羧嚣关酝瑟显 起落絮收上开关也是接邋，说明飞机还在空中，控制盒应输出静态电流；如果轮 载开哭由断开到接通且静刹开关断开，说明飞机处于正常刹车状态。正常刹车时， 首先进行判断两轮的参考轮速之差是否在2 2 0 4 4 0 h z ，如果在这个值范围之内， 将商遮轮参考轮速的赋给低参考轮速，已使低速轮轮速快速上升，解除打滑。接 罄刿鞭疑否低予失效速度，一量参考速度帮低予失效速度，逶凄茨澎控裁。懿采 还鸯予失效速度羽根据“速度差+ p b m ”控制方式输出防港刹攀魄漉。 通信子程序的功能是接收航电计算机的b i t 命令，将故障代码发给航电计算 机。以上简要介绍了防滑刹率控制器的硬件总体结构及软件的基本流程，目的就 是为测试系统的设计打下然础。 鼯j 工业大学硕士论文第三章黪游刹车控制嚣测试系统的实现 第三章飞机防滑刹车控制器测试系统的实现 3 1 飞机防滑刹车控制器测试系统的功能簧求 ( 1 模熬飞礁各耱裂车菰态，帮逢覆静囊车、怒落檠竣上弱车、察巾纛车 和正常刹车的状态。地面刹车状态指轮载开关一矗接通醴及静刹开关也怒接通时 刹车状态；起落架收上刹车状态指轮载开关由接通至断歼以及起落架收上歼关由 断开至接通时刹车状态；空中刹率状态指轮载开关一赢断开时刹车状态；姬常刹 车状态指轮载搿关由断开至接通孵刹车状态。 ( 2 ) 模羧糗轮速度簧惑器、囊攀豢令黉感器绩毒、蓬力簧藩器售号秘瀣凌 传感器信号，为控制器提供输入傣号。 ( 3 ) 模拟电磁液压锁和电液伺服阀。 ( 4 ) 模拟飞机防滑刹车系统附件的故障状态。包括机轮速度传感器嚣开短 路状态、刹车指令传感器开短路状态、电磁液压锁 开短路状态和电液伺服阀拜短 臻凌态。 ( 5 ) 袋蔟和显示控露l 器各耱输出信号。上位机用户赛蟊可敬直蕊魂实时显 示模拟机轮速度信号的频率、幅假、偏置，指令传感器的值，阀门电压慎，液压 锁状态和各种模拟的故障状态，其中阀门电压并以图形方式实时显示，可以读取 阀门电压图形上任意点的值。实现对控制器测试试验历史数据的保存。 3 。2 飞机防涝囊车控制器测试系统酶方案设计 不同型母的飞机，对应的防滑刹车系统结构是不样的，则它的控制器电气 接口也是不一样的，那么与之相配合的测试系统电气接口也是不一样的，但是所 需要采集的通道总数是差不多，为此本文设计的防滑刹车控制器测试系统舆有通 建毪，哭器蘩敬交操馋嚣扳豹毒鼹，帮霹应爱子检测葵憩壅号控镯嚣是孬王终蓬 常。 刹车压力传感器信号、压力传感器信号和温度传感器信号都是直流信号，所 以本系统中采用直流电位器来模拟。电磁液压锁和电液伺服阀都是电流溅冗件， 主要是检测流过它们的电流大小，在设计中用一定功攀的电阻来模拟，通过采样 电阻嚣黎静壤聪，狳骧毫疆豹阻壤，羧霹班谤算窭浚避该电阻豹电流，郄溅过滚 压锁稻伺服阖豹电流。静裁开关、怒落架收上刹车舜笑和轮载开关都只鸯稀释状 态：接通或者断开，用单刀双掷歼关代替，接通开关时电平为+ 2 8 v ，断歼时为 o v 。机轮速度传感器产生的信号，是一个频率变化、嶷有一定直流偏置的类似正 弦信号，在测试系统中用正弦信号模拟，此信号的频率大小、幅值和偏置 珏j e 上般大学硬士论文 第三章防清翻车控制器测试系统的实现 由试验人员直接控制。飞辊上给视载设备供魄电压都是2 s v 直流泡，故障灯和语 音告警灯选用正向压降约2 8 v 的发光二极管。爝过三位选择开关选择防滑刹车附 件开路、短路和正常三种正作状态。 鞭4 试系统中下位机姆上饺机的通信由两个部分组成：测试系统采集的信号与 上袋瓣夔逶售，这令零分逶遵u s b 总线完成；另岁 控翻器与簸毫诗葵撬懿逶售， 主要爨航电计算枫b 程命令秘控翻器所捡溯刘的故障代码之阊熄交换，航电计算 机支掩r s 4 8 5 总线通信，_ i 西本系统中上位机是通用p c 机，不支持r s 4 8 5 总线， 通过r s 4 8 5 】r s 2 3 2 转换电路，实现模拟b r r 命令与控制器之间的通信。图3 1 虚 线框内为测试系统的总体檄图。 圈3 1 溺试系绫慧钵框图 3 3 测试系统的硬件设计 3 3 1c p u 最小系统 l 、强l s 3 2 嘲芯片麓奔 饿s 3 2 0 f 2 4 0 是t l 公词一款高性能为控制系统设计豹微处瑷器，它采用改 进的嗡佛结构、四级流水线操作、专用的硬件乘法器。内有3 2 位中央算术逻辑单 元、3 2 位累加器、1 6 位1 6 位乘法器、3 个比例移位器、间接寻址用的8 个1 6 位辅助寄存器和它的辅助算术单元；自带5 4 4 字片内双口r a m ，其中2 8 8 字用 1 3 莲憩工建大学硬论文第三章茨潜翻率控割器淫l 试系缝舞实瑷 于数据，2 5 6 字用于程序数据，1 6 k 字片内f l a s he e p r o m ，用作程序存储器， 2 4 4 k 字可寻址空悯，程序存储窀间6 4 k 字，数据存储空阅6 4 k 字，i 空间“k 字，还有3 2 k 字会弱存镑空溺，努帮毒1 6 酸逢蛙怠线，1 6 位数据总线，支持软 件、硬件等待状态；一个事件静理器：3 个1 6 位通用定时器，3 个全比较p w m 单元，3 个简单比较偿w m 单冗，4 个捕获单元；2 个8 通道l o 位a m 转换器； 一令攀霉亍异步数字邋信接曩漠块( s e 玲；一令率霉亍终设接翻模块( s 殉；戡鹭门麴窝 实时中断定时器缀成的系统监视模块；2 8 个可编程的弓l 脚；单餍期指令执行 时间为5 0 n s ：5 v 静态c m o s 童艺，4 种降低功耗的方式。 闰3 2 c p u 蹶小系统 2 、c p u 最小系统 ( 1 ) 鑫振壤鼹蝴弦萼| 羯接戏燕毫串，镬溺d 静豹蠹粼装荡纂 x t a l l ，c l k 玳引脚接晶振的一端，) 订= a i 2 畿晶振的另一端，晶振的频率为4 m h z ， 1 4 舀梵l ：救大学硕七论文 第三章魏潺套车控铡嚣溅试系统懿实现 通避内部的锁相环倍频电路倍频到2 婊l h z 。 ( 2 ) 复位电路上电复位引脚p d 范踞r 和复位引脚船，作为输入引脚时， 两个的功能是一样，都能诚d s p 复位。复位引脚麟作为输出时，可以将d s p 的 复位僚号送给其他器件。本系统由分立元传r c 组成低电乎簸继信号由弓l 脚 妫嬲溅锘f 雩l 入，穗复经琴| 薹鼙霞s 逶遘l o k 熬毫隧土拉。 ( 3 ) 存储器扩展电路i m s 3 2 0 f 2 4 0 的内部数据存储器比较小只有5 4 4 字， 对予数据量稍微多点的程序是远远不够用的；在做系统在线调试的时候，需要实 时的对程序和数掘进行修改，综合以上两点舞求我们外括数据和程序存储器。采 用的楚藤速s r a m 芯片洲7 c 1 9 9 ，它的存储鸯爨为3 盐字节，攮熊总线麓1 5 位， 数豢稳线为8 位，透过逡强嚣片c y 7 c 1 9 9 形躐数据总线是1 6 佼移贮爨，分澍存 贮一个字的商8 位和低8 位，组成3 2 k 字齑道存储器。c y 7 c 1 9 9 的数据存取周 期是10 1 1 s ，而t m s 3 2 0 f 2 4 0 的c p u 周期是5 0 黼，因此，用于产生等待信号的r e a d y 引脚无需连接到存储器，盥接经电阻接到高电平，它的片选信号是通过g a l l 6 v 8 对d 黯的d s 和擅s 逻辑菇褥到的。在系统调试完成螽，b 4 s 3 2 0 税4 0 内部的l 议 麟瓢r 0 雠无嚣扩震，豢攘将程痔浇写虱剃王王孛。 ( 4 ) j t a g 接口电路j t a g 技术是一种边界扫描技术，支持在线仿真和调试， 支持断点的设置和程序存储器、数据存储器的访问，程序的单步落杼和跟踪。共 有7 个接口1 m s 、t d i 、t d o 、t c k 、t r s t 、e m u o 、e m u l ，其中e m u o 和e m u l 秀令接翻霉要接上拉电阻。这令接日通过仿囊穰跟p c 祝弱著匪或黉u s b 日相连， 程黟霹囊接遥遘它下载鬟d s p 靛内部戳s 联审去。 3 3 2 i m s 3 2 0 f 2 4 0 应用系统i ，o 芯片扩展技术 s 3 2 0 f 2 4 0 对外围扩展的加空间的访问跟普通单片机对外嗣扩展i ，o 空 瓣访闲楚窍区别斡，普遴攀黪捉把扩展鲍钤爨鼬i 空阕终为数挺存德器懿一部分 来谤游，露嘲s 3 2 耱2 窀霹的空蓠访趣终为一令独立豹遗疆空羯来访阉豹， 由i ，o 窳间控制总线您控制，待扩的i ，o 芯片的读写信号与数据稷序存储器的读 写信号一样，都为蹄z 和兄d 。比较常用的扩展方式有两种：一种鼹使用7 4 l s l 3 8 译码器：另一种是使用可编攫逻辑器件g a l 。使用7 4 l s l 3 8 译码器时，d s p 的硌 使熊译辑器工作，p 豹媳缝线接译码器静a 、b 、c ，译码器的输斑端接各改 蕊琦鹣冀逡端，整3 3 绘滋暴锈。镬蔫霹编程逻辑嚣徉g a l 辩，将d s p 鹃瑟帮 地址线鄢接到g a l 器件的输入端，经过g a l 内部逻辑处理后援剿相应的芯 片的片选端，图3 - 4 给出承例。图3 3 和图3 ，4 的举例芯片都是c h 3 7 5 ，片选端 口地址为0 ) c 8 0 0 0 ，在图3 4 中，g a l 的内部逻辑关系为：c s = = i s + a 1 5 + a 1 4 。a 1 3 。 嚣l 王建大学颈论文 第三章转潺刺事控裁器测凌系缝豹实现 图3 - 3 用7 4 l s l 3 8 扩展i ，o 芯片图3 4 用6 a l 器件扩展i o 芯片 瘦弱程疹遥遥关键字i 缔献定义弛鬻强毽蛙，定义揍式热下： l o p o r tt ) j p 0p o m l u m t y p e 类型只能为c h 甄s h o r t ，i n t 或皓i 印c di n t 的其中一种，p o r t r l u m 为i o 芯 片的片选地址。定义完地缴之后，可以对瑚i 端口进缮数据读写操作，在汇 编语言中蠲、烈疆指令壹接谤麓，在e 语富孛由班下嚣个蠡数诱褥：瓤p o r t 。、 - 0 u tp o n o 、j 聊撇 0 、9 u q 姗t o ，篡中o x 1 5 。下面给出这四个函数 的具体定义： 瓣c 蠹? s 期嵌戮 埘- p s w l t c h o 群d c f j n e1 n p o 叫a ，b ) 、 d o、 鲥l 、 、 c m o ：+ ；- l n p o n 0 0 _ h 出、 c a l ：( b ) = 一m p o n l ( ) - b r e a k ， c a 2 ：( b ) = 一l n 州2 ( x 嗽、 e 嚣e 3 ：坶z - l 肆。鹕嵇鼬、 c a 4 ：( b ) = p o 瞄xb f e a k ；、 c a 辩5 ：+ ( b ) = - j n p o 峭0 ；b r 朗k ；、 c 4 辩6 ：毫( b ) = - 1 n p o n 6 0 ，b 崩i l c = 、 7 ：氆) = 一1 8 辨n ；溅、 c 8 ：( b = 一l f 秘n 8 辑蜮、 c a 9 ：