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1、振动与冲击第25卷第2期JOURNALOFVIBRATIONANDSHOCKVol.25No.22006飞机半主动起落架的自适应控制贾玉红王建军(北京航空航天大学航空科学与工程学院,北京100083)摘要结合最优控制和自校正控制理论,给出了半主动起落架的自适应控制策略。建立了起落架缓冲器半主动控制的数学模型,通过分析参数变化对系统性能的影响,进行了半主动控制器的设计。仿真结果有效地证明了用自校正LQG方法控制的半主动起落架在改善飞机的滑行性能和操纵稳定性上有良好的效果。关键词:起落架,半主动控制,参数辨识,仿真中图分类号:V214.13文献标识码:A下质量两部分,簧载质量由机体
2、、缓冲器作动筒、油室0引言和气室组成;簧下质量由缓冲器活塞筒、机轮和轮胎等飞机在起飞和着陆过程中,跑道的不平度会激起组成。机体的振动。当这种振动达到一定程度时,将会引起本文的计算建立在如下假设基础之上:机体疲劳损伤和动应力,同时,起落架的振动还会引起1.机体起落架的运动只限于垂直方向;飞机姿态发生变化(俯仰和侧倾),会使乘客感到不舒2.忽略缓冲器腔体、支柱、以及机轮的结构适,也会影响到飞机的操纵性和安全性。对于超音速变形;巡航飞机,一般采用细长机身和薄机翼结构,而且越来3.忽略飞机升力的影响。越多地采用轻质材料,柔性大,有较高的起飞和着陆速本文采用自校正LQG控制策略,建立了系
3、统的数度,尤其是在用一般飞机跑道起飞和着陆的情况下,会学模型,以机身垂直加速度及控制作用构成二次性能产生更大的动载荷和振动,机体的疲劳性能就会变得指标,设计了飞机半主动起落架控制系统。仿真结果更为严重。因此,采取有效措施,将起落架传到结构上表明,采用自校正LQG控制策略的半主动起落架系统的动态载荷控制在最低水平,对改善飞机的乘座舒适有效地改善了飞机滑行性能,且所需控制量相对较小,性、操纵稳定性,具有重要的意义。易于实现。主动控制方法是提高飞机起落性能的重要手段之1半主动起落架减振系统分析与建模一。主动控制系统可分为(全)主动控制系统和半主动控制系统两大类。(全)主动控制系统,通
4、常包括能产图1所示的半主动控制起落架系统装备了一个控生力或力矩的作动器(如油缸、汽缸、伺服电机等)、测制阀,它可以根据传感器的反馈信息,按照一定的控制量元件(如加速度计、位移和力的传感器等)以及反馈规律,调整所需要控制器等。此外,还需附加一个动力源为缓冲系统提的流量的面积,允供连续的能量供应。半主动控制系统由无源但可控的许液流从起落架阻尼和弹性元件等组成,系统的减震方式和工作原理的一个腔体流向和被动系统相近。半主动控制系统也可以通过控制阻另一个腔体,因尼元件和弹性元件这两个方面来改善系统的动态特此,使起落架有连性。但由于系统的弹性元件除了用于吸收和储存能量续改变其阻尼特外,还得
5、承担机体的静载荷,因此,一般来说,改变系统性的能力,从而起的刚度要比改变阻尼困难得多。到目前为止,大部分到对飞机运动优[1]半主动控制系统实际上仅对阻尼进行控制和调整。化控制的作用。本文的研究对象(见图1)为典型的单气室半主动对图1进行控制起落架,其结构模型包括一个控制阀,一个控制器等效简化,得到如图1半主动控制起落架结构示意图和数个传感器,起落架的结构质量包括簧载质量和簧图2所示二自由[2]度半主动起落架系统示意图。在几乎不消耗动力的基金项目:凡舟基金情况下,系统的参数在一定的范围内可以进行调节,以收稿日期:2005-10-09获得最佳的减振性能。第一作者贾玉红女,副教授,博
6、士,1966年月生起落架系统的运动方程如下:©1995-2007TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved.56振动与冲击2006年第25卷(1)根据牛顿加速度定律,可得机体,机轮轴的2半主动起落架的LQG自校正控制垂直方向运动方程式为自校正LQG控制假设被控制对象的模型参数是已知的,对该模型按二次性能指标要求设计控制规律,显然这个控制规律的参数是模型参数的函数,然后用在线参数估计器所得到的模型参数估计值来代替这些假定已知的模型参数,从而得到自校正LQG控制规律。由于半主动起落架实时动态系统具有来自于跑道激励的随机扰
7、动输入和缓冲系统模型参数的不确定性,所以完全用理论分析方法建立受控过程的精确数学模型是很困难的。在这种情况下,本文采用了自适应控制方法,因为它可以在实时控制过程中,通过在线辨识建立一个线性时变模型,在辨识收敛时,此时变模型将趋于真实的过程。211起落架模型参数辨识[3][4]本文采用如下随机ARMAX模型:-1-2-1图2二自由度半主动起落架系统示意图A(q)y(k)=qB(q)u(k)+ω(k)(7)其中:-1-1-1..··A(q)=1+a1q+a2qm2y2=-Ca(y2-y1)+(p
