一种高可靠起落架控制系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种高可靠起落架控制系统，包括控制驱动单元和EMAC驱动电路，其中控制驱动单元包括电源变换配电模块、1553B总线接口模块、CPU处理单元、转向电机驱动电路、电磁阀驱动电路和模拟量信号处理电路；所述CPU处理单元包括收放控制模块、前轮转弯控制模块和防滑刹车驱动控制模块，本发明起落架控制系统采用驱动和控制一体化设计，CPU处理单元实现了起落架及舱门的收放、前轮转弯及主机轮的机电作动器防滑刹车的联合控制，该系统重量轻，功耗低，可靠性和环境适应性好，可广泛应用于新型航天器着陆回收系统及传统飞机起落架系统。
【专利说明】一种高可靠起落架控制系统
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种高可靠起落架控制系统，适用于新型航天器着陆回收系统应用领 域。
【背景技术】
[0002] 起落架系统是飞机上具有相对独立功能的子系统，其作用是承受飞机的静态重 量、动态冲击载荷以及吸收飞机着陆时的动能，实现飞机的起飞、着陆、滑行、转弯的制动和 控制。其性能的好坏直接影响到飞机的快速反应、安全返航和升空以及持续作战能力，进而 影响飞机的整体性能。
[0003] 常规起落架设计中从未考虑过空间环境的影响，都是针对大气层以内的飞机设计 的，无法适应高真空、大温差、高能离子辐射、原子氧腐蚀和微重力等空间环境。
[0004] 传统的起落架控制系统为分布式控制系统，起落架收放、转弯及主轮刹车控制系 统分别由不同的控制设备实现驱动控制，控制系统重量和功耗较大。以往机轮防滑刹车、前 轮转弯操纵控制、起落架收放控制独立设置，在防滑刹车过程中没有考虑机轮胎压、刹车装 置温度及刹车盘性能的影响，使得在不同的跑道状态下刹车效率波动较大，对跑道和刹车 材料的适应能力不强。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种高可靠起落架控制系统， 该控制系统重量轻，驱动和控制一体化设计，功耗低，可靠性和环境适应性好，可广泛应用 于新型航天器着陆回收系统及传统飞机起落架系统。
[0006] 本发明的上述目的主要是通过如下技术方案予以实现的：
[0007] -种高可靠起落架控制系统，包括控制驱动单元和EMC驱动电路，其中控制驱动 单元包括电源变换配电模块、1553B总线接口模块、CPU处理单元、转向电机驱动电路、电磁 阀驱动电路和模拟量信号处理电路；所述CPU处理单元包括收放控制模块、前轮转弯控制 模块和防滑刹车驱动控制模块，各模块的功能如下：
[0008] 电源变换配电模块：将外部电源总线上的一次母线电源变换为控制系统各模块需 要的二次电源，并为控制系统各模块配电；
[0009] 1553B总线接口模块：将从外部通信总线接收的指令与数据转换为CPU处理单元 需要的格式，并发送给(PU处理单元，同时将从CPU处理单元接收的系统状态信息发送给外 部通信总线；
[0010] 转向电机驱动电路：接收CPU处理单元输出的控制信号进行功率放大后，输出电 机驱动的三相桥驱动信号，并将所述三相桥驱动信号进行隔离变换后输出给外部转向电 机；
[0011] 电磁阀驱动电路：包括开阀驱动电路与关阀驱动电路，接收CPU处理单元输出的 TTL电平信号，控制外部电磁阀的打开与关闭；其中开阀驱动电路包括电阻Rl?R6,功率管 Tl?T2,二极管VI，所述电阻R2、R3并联后与电阻Rl的一端和功率管Tl的基极连接，电 阻Rl的另一端与功率管Tl的发射极连接，功率管Tl的集电极与功率管T2的发射极串联 连接，电阻R5、R6并联后与电阻R4的一端和功率管T2的基极连接，电阻R4的另一端与功 率管T2的发射极连接，功率管T2的集电极与二极管Vl的正端连接，二极管Vl的负端与外 部电磁阀连接；其中关阀驱动电路包括电阻R1'?R6'，功率管ΤΓ?T2'，二极管VI'，所 述电阻R2'、R3'并联后与电阻R1'的一端和功率管ΤΓ的基极连接，电阻R1'的另一端与 功率管ΤΓ的发射极连接，功率管ΤΓ的集电极与功率管T2'的集电极并联连接，电阻R5'、 R6'并联后与电阻R4'的一端和功率管T2'的基极连接，电阻R4'的另一端与功率管T2'的 发射极连接，功率管T2'的集电极与二极管VI'的正端连接，二极管VI'的负端与外部电磁 阀连接，电阻R1'的一端与电阻R4'的一端连接；
[0012] 模拟量信号处理电路：将外部输入的模拟量反馈信号转换为数字信号后输出给 CPU控制单元；
[0013] 收放控制模块：通过1553B通信总线接口电路接收外部通信总线的指令信息，并 按照指令信息发出控制信号对电磁阀进行控制；
[0014] 前轮转弯控制模块：通过1553B通信总线接口电路接收外部通信总线的指令信 息，并按照指令信息发出控制信号对前轮转弯电机进行驱动控制；
[0015] 防滑刹车驱动控制模块：接收1553B通信总线输出的刹车指令、外部的速度传感 器与压力传感器的反馈信息分别计算得到左轮和右轮的刹车力矩值，根据左轮刹车力矩值 和外部数字霍尔传感器反馈的左轮刹车电机位置信息，得到左轮电机驱动控制信号，并将 所述左轮电机驱动控制信号输出给EMC驱动电路；根据右轮刹车力矩值和外部数字霍尔 传感器反馈的右轮刹车电机位置信息，得到右轮电机驱动控制信号，并将所述右轮电机驱 动控制信号输出给EMC驱动电路；
[0016] EMC驱动电路：接收防滑刹车驱动控制模块输出的左轮电机驱动控制信号与右 轮电机驱动控制信号，实现外部左机轮机电作动器和右机轮机电作动器的驱动控制。
[0017] 在上述高可靠起落架控制系统中，防滑刹车驱动控制模块包括防滑刹车控制率计 算模块、左机轮驱动控制模块和右机轮驱动控制模块，其中：
[0018] 防滑刹车控制率计算模块：接收1553B通信总线输出的刹车指令、外部的速度传 感器与压力传感器的反馈信息计算得到左轮和右轮的刹车力矩值，并将左轮刹车力矩值和 右轮刹车力矩值分别输出给左机轮驱动控制模块和右机轮驱动控制模块；
[0019] 左机轮驱动控制模块：接收防滑刹车控制率计算模块输出的左轮刹车力矩值和外 部数字霍尔传感器反馈的左轮刹车电机位置信息，得到左轮电机驱动控制信号，并将所述 左轮电机驱动控制信号输出给EMC驱动电路；
[0020] 右机轮驱动控制模块：接收防滑刹车控制率计算模块输出的右轮刹车力矩值和外 部数字霍尔传感器反馈的右轮刹车电机位置信息，得到右轮电机驱动控制信号，并将所述 右轮电机驱动控制信号输出给EMC驱动电路。
[0021] 在上述高可靠起落架控制系统中，防滑刹车控制率计算模块通过如下公式计算左 轮和右轮的刹车力矩值T m :
【权利要求】
1. 一种高可靠起落架控制系统，其特征在于：包括控制驱动单元和EMC驱动电路，其 中控制驱动单元包括电源变换配电模块、1553B总线接口模块、CPU处理单元、转向电机驱 动电路、电磁阀驱动电路和模拟量信号处理电路；所述CPU处理单元包括收放控制模块、前 轮转弯控制模块和防滑刹车驱动控制模块，各模块的功能如下： 电源变换配电模块：将外部电源总线上的一次母线电源变换为控制系统各模块需要的 二次电源，并为控制系统各模块配电； 1553B总线接口模块：将从外部通信总线接收的指令与数据转换为CPU处理单元需要 的格式，并发送给(PU处理单元，同时将从CPU处理单元接收的系统状态信息发送给外部通 信总线； 转向电机驱动电路：接收CPU处理单元输出的控制信号进行功率放大后，输出电机驱 动的三相桥驱动信号，并将所述三相桥驱动信号进行隔离变换后输出给外部转向电机； 电磁阀驱动电路：包括开阀驱动电路与关阀驱动电路，接收CPU处理单元输出的TTL电 平信号，控制外部电磁阀的打开与关闭；其中开阀驱动电路包括电阻Rl?R6,功率管Tl? T2,二极管VI，所述电阻R2、R3并联后与电阻Rl的一端和功率管Tl的基极连接，电阻Rl的 另一端与功率管Tl的发射极连接，功率管Tl的集电极与功率管T2的发射极串联连接，电 阻R5、R6并联后与电阻R4的一端和功率管T2的基极连接，电阻R4的另一端与功率管T2 的发射极连接，功率管T2的集电极与二极管Vl的正端连接，二极管Vl的负端与外部电磁 阀连接；其中关阀驱动电路包括电阻R1'?R6'，功率管ΤΓ?T2'，二极管VI'，所述电阻 R2'、R3'并联后与电阻R1'的一端和功率管ΤΓ的基极连接，电阻R1'的另一端与功率管 ΤΓ的发射极连接，功率管ΤΓ的集电极与功率管T2'的集电极并联连接，电阻R5'、R6'并 联后与电阻R4'的一端和功率管T2'的基极连接，电阻R4'的另一端与功率管T2'的发射 极连接，功率管T2'的集电极与二极管VI'的正端连接，二极管VI'的负端与外部电磁阀连 接，电阻R1'的一端与电阻R4'的一端连接； 模拟量信号处理电路：将外部输入的模拟量反馈信号转换为数字信号后输出给CPU控 制单兀； 收放控制模块：通过1553B通信总线接口电路接收外部通信总线的指令信息，并按照 指令信息发出控制信号对电磁阀进行控制； 前轮转弯控制模块：通过1553B通信总线接口电路接收外部通信总线的指令信息，并 按照指令信息发出控制信号对前轮转弯电机进行驱动控制； 防滑刹车驱动控制模块：接收1553B通信总线输出的刹车指令、外部的速度传感器与 压力传感器的反馈信息分别计算得到左轮和右轮的刹车力矩值，根据左轮刹车力矩值和外 部数字霍尔传感器反馈的左轮刹车电机位置信息，得到左轮电机驱动控制信号，并将所述 左轮电机驱动控制信号输出给EMC驱动电路；根据右轮刹车力矩值和外部数字霍尔传感 器反馈的右轮刹车电机位置信息，得到右轮电机驱动控制信号，并将所述右轮电机驱动控 制信号输出给EMC驱动电路； EMC驱动电路：接收防滑刹车驱动控制模块输出的左轮电机驱动控制信号与右轮电 机驱动控制信号，实现外部左机轮机电作动器和右机轮机电作动器的驱动控制。
2. 根据权利要求1所述的一种高可靠起落架控制系统，其特征在于：所述防滑刹车驱 动控制模块包括防滑刹车控制率计算模块、左机轮驱动控制模块和右机轮驱动控制模块， 其中： 防滑刹车控制率计算模块：接收1553B通信总线输出的刹车指令、外部的速度传感器 与压力传感器的反馈信息计算得到左轮和右轮的刹车力矩值，并将左轮刹车力矩值和右轮 刹车力矩值分别输出给左机轮驱动控制模块和右机轮驱动控制模块； 左机轮驱动控制模块：接收防滑刹车控制率计算模块输出的左轮刹车力矩值和外部数 字霍尔传感器反馈的左轮刹车电机位置信息，得到左轮电机驱动控制信号，并将所述左轮 电机驱动控制信号输出给EMC驱动电路； 右机轮驱动控制模块：接收防滑刹车控制率计算模块输出的右轮刹车力矩值和外部数 字霍尔传感器反馈的右轮刹车电机位置信息，得到右轮电机驱动控制信号，并将所述右轮 电机驱动控制信号输出给EMC驱动电路。
3. 根据权利要求2所述的一种高可靠起落架控制系统，其特征在于：所述防滑刹车控 制率计算模块通过如下公式计算左轮和右轮的刹车力矩值τ M :
其中：τ F。为前馈补偿量；ξ为防滑控制系数；KP，Kd分别为位置控制的位置和速度反 馈的比例和微分增益系数；eP，4分别为位置误差和位置误差的变化率；ΚτΡ，ΚτΙ)分别为刹 车压力控制反馈的比例和微分增益系数，e,，? τ分别为刹车压力和期望力的误差及误差变 化率。
4. 根据权利要求2所述的一种高可靠起落架控制系统，其特征在于：所述左机轮驱动 控制模块和右机轮驱动控制模块均通过如下公式计算得到电机驱动控制信号PWM :
其中=K1为刹车计算力矩系数、Κ2为电机速度反馈比例增益系数、K3为电机位置反馈比 例增益系数、K4为补偿量、^分别为刹车电机期望速度和当前速度、Xt、Xp分别为刹车 电机期望位置和当前位置。
5. 根据权利要求1所述的一种高可靠起落架控制系统，其特征在于：所述转向电机驱 动电路包括电机驱动模块与继电器，其中电机驱动模块接收CPU处理单元输出的控制信号 进行功率放大后，输出电机驱动的三相桥驱动信号给继电器，继电器将所述三相桥驱动信 号进行隔离变换后输出给外部转向电机。
6. 根据权利要求1所述的一种高可靠起落架控制系统，其特征在于：所述电磁阀驱动 电路的开阀驱动电路还包括保护电路，所述保护电路由两个二极管V2、V3串联后由二极管 V2的负端与二极管Vl的负端连接后形成。
7. 根据权利要求1所述的一种高可靠起落架控制系统，其特征在于：所述电磁阀驱动 电路的关阀驱动电路还包括保护电路，所述保护电路由两个二极管V2'、V3'串联后由二极 管V2'的负端与二极管VI'的负端连接后形成。
8. 根据权利要求1所述的一种高可靠起落架控制系统，其特征在于：控制系统还包括 备份控制驱动单元和系统监控模块，系统监控模块分别与控制驱动单元和备份控制驱动单 元连接，用于监控控制驱动单元和备份控制驱动单元的状态，备份控制驱动单元包括的模 块及各模块的功能与控制驱动单元相同，即备份控制驱动单元包括备电源变换配电模块、 备1553B总线接口模块、备CPU处理单元、备转向电机驱动电路、备电磁阀驱动电路和备模 拟量信号处理电路；所述备CPU处理单元包括备收放控制模块、备前轮转弯控制模块和备 防滑刹车驱动控制模块。
9. 根据权利要求1所述的一种高可靠起落架控制系统，其特征在于：所述电源变换配 电模块与外部电源总线之间连接有控制电源保护电路，所述控制电源保护电路包括电阻 R11、熔断器Fll和熔断器F12,其中电阻Rll与熔断器Fll串联后与熔断器F12并联。
10. 根据权利要求8所述的一种高可靠起落架控制系统，其特征在于：所述备电源变换 配电模块与外部电源总线之间连接有备控制电源保护电路，所述备控制电源保护电路包括 电阻R12、熔断器F13、熔断器F14,其中电阻R12与熔断器F13串联后与熔断器F14并联。
【文档编号】B64C25/26GK104229126SQ201410469980
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年9月15日 优先权日:2014年9月15日
【发明者】张庆利, 姚世东, 张涛, 王悦, 孔文秦, 王涛, 徐方舟, 石小亮, 彭波, 贾磊, 穆星科, 张晓帆, 李永俊, 陈飞 申请人:中国运载火箭技术研究院