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飞机拦阻系统控制仿真分析

作　者: 杜天容
导　师: 宋锦春
学　校: 东北大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 飞机拦阻拦阻力带拉力刹车压力飞机过载电液比例控制能量法状态反馈线性化仿真
分类号: V351
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
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引　用: 7次
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内容摘要

飞机拦阻系统是一种机场重要的常务保障设施，它用来对正常降落和因意外原因冲出跑道的飞机实施安全拦阻，以保障人机安全。目前国内的飞机拦阻系统是一种纯机液系统，系统中的关键部件——控制节流口大小的凸轮型面设计的好坏直接关系到整个拦阻系统能否达到工作要求。通过改变凸轮的起始工作角度来适应不同型号飞机的拦停要求，使得不同型号飞机的拦停效果差异较大，精度不高；凸轮型面受损或者起始工作角调整得不够精确，都能极大影响拦停效果。一旦凸轮型面确定，其拦停飞机的型号、拦停距离以及飞机着陆时的初速度等条件均被固定，若出现需要拦停新型号飞机或其他条件发生变化，则需要更换凸轮，使得系统的通用性较差，不符合现代工业节能高效的要求。在技术飞速发展，普遍采用计算机的现代，就需要改进该系统使其成为一个自动控制系统。本文首先对飞机拦阻系统的应用、发展及国内外的研究现状进行了阐述，提出了本课题的研究背景。指出了原来拦阻器系统液压机构部分的不足，对液压系统进行改造设计。根据设计要求，系统的输出压力应随着飞机拦停期间位移的变化而变化，故将由凸轮机构调节的节流阀部分更换为电液比例阀，由于被控刹车压力与输入电信号成正比，因此可以在被拦飞机运行到一定位移的地方时，适时地调节比例阀的输入电信号以改变系统的输出压力，对飞机实施拦阻，从而满足拦停设计的要求。其次对整个拦阻系统进行了完整的运动学、动力学分析，详细分析并建立起了拦阻器的综合数学模型，在此基础上设计了一种飞机拦阻的电液比例控制系统，采用非线性系统反馈线性化的方法来补偿拦阻系统非线性动力学部分，利用得到的线性系统设计了一种基于极点配置的PD反馈控制器使系统稳定。为此利用SIMULINK模块建立仿真模型对所设计的控制器进行仿真验证，结果表明通过适当调整PD控制器的参数，能够使线性化后的非线性系统达到设计要求的性能指标，并具有较强的鲁棒性。本文还采用能量分析法对多指标限定下的飞机拦阻力规律进行了设计计算，利用指数函数处处连续可导的特点，提出一种基于指数函数的光滑的拦阻力设计方法，通过与恒定拦阻力和分段拦阻力设计方法的比较，说明了利用指数函数的拦阻力设计方法得到的拦阻飞机运行的参考轨迹使系统的拦阻性能大幅度提高。

全文目录

独创声明  3
学位论文版权使用授权书  3-4
摘要  4-5
Abstract  5-7
目录  7-9
第一章绪论  9-19
  1.1 飞机拦阻系统的应用与发展  9-10
    1.1.1 飞机拦阻系统的作用及应用状况  9-10
    1.1.2 飞机拦阻系统的发展  10
  1.2 本课题的研究背景  10-13
    1.2.1 国内飞机拦阻设备现状  10-11
    1.2.2 BAK-12型飞机拦阻器简介  11-12
    1.2.3 飞机拦阻系统的研究现状  12-13
  1.3 电液伺服控制系统概述  13
  1.4 电液比例控制技术概述  13-14
  1.5 模糊控制概述  14-16
  1.6 非线性控制概述  16-18
    1.6.1 经典非线性控制理论  17
    1.6.2 现代非线性控制理论  17-18
  1.7 本文所完成的主要工作  18-19
第二章飞机拦阻系统机构实现  19-24
  2.1 飞机拦阻器的机械结构  19-20
  2.2 能量转换器的工作原理  20-21
  2.3 原拦阻器液压系统的不足  21
  2.4 改进后拦阻器液压系统  21-22
  2.5 液压系统中比例阀的选用  22-24
    2.5.1 电液比例压力阀简介  22-23
    2.5.2 电液比例控制阀的选用  23-24
第三章飞机拦阻系统数学模型的建立  24-32
  3.1 设计原始参数  24-25
  3.2 拦阻器数学模型的建立  25-32
    3.2.1 拦阻系统各环节数学方程  26-30
    3.2.2 拦阻系统综合数学模型  30-32
第四章拦阻力变化规律设计及其仿真分析  32-47
  4.1 Simulink 简介  32
  4.2 拦阻力变化规律的描述及设计分析  32-33
  4.3 拦阻力变化规律的界定分析  33-35
    4.3.1 带拉力指标对拦阻力规律的界定  33
    4.3.2 飞机过载指标对拦阻力规律的界定  33-35
  4.4 采用能量分析法来确定拦阻力  35-36
    4.4.1 能量法的基础  35
    4.4.2 最小恒定拦阻力的确定  35-36
  4.5 拦阻力规律的设计分析  36-47
    4.5.1 恒定拦阻力  36-37
    4.5.2 分段拦阻力  37-41
    4.5.3 按指数函数曲线预设拦阻力规律  41
    4.5.4 分段拦阻力和指数拦阻力设计方法的仿真结果  41-45
    4.5.5 仿真结果分析  45-47
第五章飞机拦阻系统控制器设计  47-51
  5.1 非线性系统反馈线性化控制  47-48
  5.2 控制对象的选择  48-49
  5.3 系统控制结构图  49
  5.4 跟踪控制飞机位移与速度的控制律设计  49-51
第六章飞机拦阻过程仿真结果及其分析  51-67
  6.1 系统仿真概述  51-53
  6.2 仿真框图的建立  53-54
  6.3 仿真曲线  54-67
    6.3.1 预设拦阻力为恒定值时仿真曲线  54-58
    6.3.2 预设拦阻力按分段直线变化时的仿真曲线  58-60
    6.3.3 预设拦阻力按指数曲线变化时的仿真曲线  60-63
    6.3.4 不同预设拦阻力情况下仿真结果综合分析  63-67
第七章结论与展望  67-69
参考文献  69-73
硕士期间发表的论文  73-74
致谢  74

飞机拦阻系统控制仿真分析

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