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    基于嵌入式dsp的数字化飞机防滑刹车控制器

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    亚博足球app下载格式:PDF| 浏览次数:3| 上传日期:2015-06-01 18:39:26| 亚博足球app下载星级:
    引言防滑刹车对飞机的安全着陆至关重要! 刹车系统性能的好坏直接影响到飞机和机载人员的安全"由于飞机着陆过程持续的时间比较短! 加之飞机负荷变化#跑道特性各异!所以要求防滑刹车系统必须安全#可靠#反应迅速!确保飞机安全刹车"防滑刹车控制器的设计目的是要在轮胎损坏尽可能小的情况下!飞机在最短距离内以最高的刹车效率刹车[l][5][6]"现有的刹车系统基本上都是采用模拟电子式防滑控制器!存在参数难以现场调整#温漂零漂大#分立元件多# 无法实现在线自检和内部故障定位等缺点!特别是在小结合系数跑道或者混合跑道上!机轮打滑现象严重!导致刹车系统效率降低,并且易使飞机丧失滑跑方向稳定性! 严重影响了飞机着陆刹车的可靠性和安全性"本文介绍了一种基于嵌入式 DSP 的新型防滑刹车控制器TMS320LF2407"一块芯片内就完全包含微机控制系统核心部分所有必须的硬件电路! 如程序和数据存储器#多路高速 A/D 转换器#PWM 控制器#事件管理器 EV#CAN 通讯控制器#SCI 与 SPI 接口#上电复[2]! 其控制核心采用嵌入式 DSP 芯片基于嵌入式 DSP 的数字化飞机防滑刹车控制器王敬亭1! 廖力清1! 熊 翔2 1.中南大学信息科学与工程学院1 长沙 41008392.中南大学粉末冶金研究院1 长沙 410083 [摘构实现上1采用了嵌入式 DSP 作为核心处理单元1实现数据的采集\计算和处理1并输出控制电流来控制刹车压力伺服阀动作O 在装置的控制策略上1采用全数字 PWM 闭环控制方法1从而实现了防滑刹车控制器的智能化和数字化O[关键词]飞机刹车系统9防滑控制器9嵌入式 DSP[中图分类号]TP273+.5[文献标识码]B要]介绍了一种基于嵌入式 DSP 芯片 TMS320LF2407 的数字化飞机防滑刹车控制器O 在控制器的结[文章编号]1003-5451"2006#01-0023-04Digital Aircraft Anti-skid Braking Controller Based on Embedded DSPWANG Jing-ting, LIAO Li-ging, XIONG Xiang(1. SchooI of Information Science and Engineering, CentraI South University, Changsha 4100832. Powder metaIIurgy Research Institute, CentraI South University, Changsha 410083)[Abstract] A digitaI aircraft anti-skid braking controIIer based on embedded DSP-TMS320LF2407 was introduced. On the structureof the controIIer, embedded DSP acts as core processing unit to deaI with data sampIing, caIcuIating, processing and outputtingcontroIIing current to controI the action of braking pressure-servo-vaIve. On the controI strategy of the controIIer. The digitaI PWMcIosed Ioop controI arithmetic is appIied to make the controIIer inteIIigent and digitaI.[Keywords]aircraft braking system;anti-skid controIIer;embedded DSP航空精密制造技术AVIATION PRECISION MANUFACTURINC TECHNOLOCY!""6 年 2 月第 #2 卷 第 1 期F b. 6Vol. 42 No. 1$23$ 位与 WDT 电路9 这样无疑极大提高了控制器的可靠性[3][4]0 其次9正是由于采用了 16 位高性能数字信号处理器来设计硬件电路9 才使得各种先进的控制算法的实现成为可能0!防滑刹车系统的组成当飞机着陆刹车时9飞行员发出刹车指令信号9防滑控制器接收到指令信号后9对其进行分析\运算和处理9然后输出控制信号对电液伺服阀进行调控9输出相应的刹车压力对机轮实施刹车0在飞行员发出刹车指令的同时9 根据当时机场跑道的摩擦系数现状9 刹车机轮的瞬时速度信号也通过速度传感器反馈到防滑控制器9 构成一个速度闭环系统0对速度信号运算处理后9控制器输出防滑控制信号9再与刹车信号综合9输出刹车控制电流9对刹车压力进行调节9完成对飞机的防滑刹车控制9使飞机在规定的滑跑距离内刹停[1]0 防滑刹车系统原理框图如图 1 所示1图 1 防滑刹车系统原理框图"防滑刹车控制器的功能飞机防滑刹车控制器的主要功能是在飞机滑跑过程中进行刹车9并实现防滑控制[5]0!刹车控制1 防滑控制器接收指令传感器的刹车信号9根据指令传感器输出电压幅值的大小9输出控制电流信号至压力伺服阀输出刹车压力9 完成对飞机的刹车控制0"防滑控制1 防滑控制器接收速度传感器的信号9 经过运算输出防滑控制信号9 与刹车信号综合后9输出刹车控制电流9对刹车压力进行调节9完成对飞机的防滑控制0#辅助功能1a .交叉保护1如果飞机左右轮速度不一样9飞机就会偏离轨道9危险很大0 所以控制器必须不断比较来自飞机左右机轮的速度9 当两轮转速差值大于门限值时9 则解除低速机轮的刹车压力0 b.故障检测1控制器上电后9首先进行自检和对指令传感器\速度传感器\电液伺服阀的检测9若有故障9则发出告警信号0 在防滑刹车过程中9控制器每隔一定周期9对指令传感器\速度传感器\电液伺服阀进行检测9若有故障9则发出告警信号9这样就实现了动态检测0#防滑刹车控制器的硬件设计根据防滑刹车系统的实时性强的要求9 系统采用德州仪器公司0TI0生产的 TMS32OLF2407 作为核心处理芯片[2]0 TMS320 家族中 24 系列 DSP 的体系结构专为工业控制和实时信号处理而设计9 该系列DSP 控制器将实时处理能力和控制器外设功能集于一身9为控制系统应用提供了一个理想的解决方案0其中 TMS320LF2407 是最常用的一种9 也是功能最强大的一种改进型9 它内部丰富的硬件资源使防滑控制器的硬件设计变得非常方便[3][4]0飞机防滑刹车控制器的硬件结构框图如图 2 所示0图 2防滑刹车控制器结构框图#$!刹车指令信号的检测与处理指令传感器采用的是线性可变差动变压器0LVDT09它输出一个交流电压信号9其有效幅值与飞行员踩脚蹬的位移成正比9 由于需要稳定的交流激励信号9 采用了一种与 LVDT 配合使用的信号调理芯片 AD6980AD698 是一片完全集成的9线性可变差动变压器(LVDT)信号调整子系统0它与 LVDT 结合使用9以高度的准确和重复性把传感器的机械位移转换成为基于嵌入式 DSP 的数字化飞机防滑刹车控制器~!"~ !航空精密制造技术"!""6 年第 #2 卷第 l 期一个单极性或双极性的直流电压O 片上包括全部的电路功能O用一些外部无源元件来设置频率和增益?AD698 把 LVDT 的输出转换为成比例的直流信号O由 AD698 组成的信号调理系统的增益可以很方便地用一个电阻来设置O 通过由信号调理芯片AD698 组成的指令调理电路?把指令传感器输出的交流电压信号成比例地转换为可变的直流电压信号O 然后将此直流电压信号(最大值<3.3V)输入至DSP 芯片内部自带的 l0 位 A/D 转换器[3]?就可以很方便的检测到刹车指令信号O 在无防滑信号输入的情况下? 控制器输出的控制电流与接收的输入的指令电压成正比? 这个功能的具体实现要靠控制器内部的电路和软件(A/D 转换程序)来实现O速度信号的检测与处理速度传感器输出频率与机轮速度成正比的近似正弦信号O 为了便于 DSP 的检测?轮速信号经过滤波处理(起落架谐振频率)后?由比较器变成方波信号? 经过高速光电隔离器后送至 DSP 的 CAP 捕获单元处理O DSP 的 CAP 捕获比较模块可以捕捉到信号的上下沿跳变?并记录跳变的时间O速度检测通常有两种方法: 第一种是在一个固定的时间内 (比如lms)记录下速度信号的脉冲数目?脉冲数除以固定时间计算出频率? 然后再根据系统要求将频率乘以一个变比得出速度?即最为常用的 M 法测速O 这种算法适合高速信号的检测?误差很小但实时性一般O第二种是记录脉冲信号两个相邻跳变的时间? 两个时间之差值就是脉冲信号的周期?计算出信号频率?进而得到速度值?即 T 法测速O 这种方法适合低速信号的检测?实时性高但误差较大O因系统的防滑功能在低速时失效?所以采用 M 法测速来计算飞机机轮的速度ODSP 芯片内部自带的 CAP 端口在 lms 内对输入方波上升沿计数?通过算法运算~数字滤波处理后得出飞机机轮的速度O电液伺服阀的驱动与输出飞机防滑刹车系统执行部件电液伺服阀是一电流型器件?由控制器输出的电流信号进行调节O电液伺服阀是一个反向阀? 即电液伺服阀的输出压力与控制电流成反比?防滑控制器输出的电流越大?电液伺服阀输出的刹车压力越小?电流越小?刹车压力越大O 在没有控制电流的情况下?它相当于一个通道?!"#!"!直接输出最大压力O 另外电液伺服阀还有一个比较小的死区?当控制器输出电流小于死区电流时?伺服阀输出压力保持不变O防滑控制器的核心处理单元 DSP 自带 PWM 输出单元端口[3]?设置好想要得到的 PWM 波形的周期和占空比 (相对应的设置 DSP 的 PWM 单元的周期寄存器 TXPR 和比较寄存器 TXCMPR)?PWM 单元端口就会在寄存器设置的控制下自动连续的输出PWM 脉冲序列O PWM 脉冲经过高速光电隔离器后输出至功率放大三极管的基极? 通过控制三极管的通断来控制流过伺服阀的电流? 从而控制伺服阀输出的刹车压力? 所以只要根据检测到的指令信号和速度信号?综合后得到防滑刹车信号?依此防滑刹车信号来改变输出 PWM 波的占空比就可对应的控制功率三极管的通断时间O$防滑刹车控制器的软件设计防滑控制器软件采用 C 语言模块化设计?因为C 语言具有可读性和可移植性强的特点O控制器主要完成刹车过程中的防滑刹车控制?采用速度信号闭环控制 PWM 算法O 控制思路是:根据刹车系统的实时性要求~数据量的大小~DSP 的处理速度和硬件电路的反应时间?设置 DSP 自带时间管 理 器 模 块 VA 的 通 用 定 时 器 控 制 寄 存 器GPTCONA 和定时器 l 的周期寄存器 TlPR[3]?来提供定时采样周期 T$loms?每隔一个时间 T 进行一次数据采样和控制O 具体定时中断控制程序框图如图3 所示O主程序首先对系统进行初始化?包括 DSP 相应的寄存器的设定~相应端口功能的配置~中断标志位的清除~定时器计数初值 TlCNT 和参考速度等变量的初值的设定O对系统初始化完毕后?然后检测接地开关是否合上?若接地开关处于打开状态?则延时等待~继续检测接地开关直至接地开关合上O当检测到接地开关合上?延时 l%l.5s 后?打开定时器中断并启动定时器 TlCNT 计数?CPU 等待定时中断到来[3][4]O 如果定时时间到?则转入定时中断服务程序?执行防滑刹车中断控制程序O-!"- 试验项目刹车速度/km/1刹车时间/S刹车压力/MPa负荷/kN平均力矩/kN m全载荷253.4ll8.08.034.764.051/2 载荷253.4419.48.017.323.871/4 载荷253.3839.68.08.711.921/4 载荷253.4740.28.08.701.90图 3防滑刹车中断控制程序流程图中断程序中9每隔一个时间 ! 防滑刹车控制器采集一次指令传感器电压信号和速度传感器频率信号0 采样得到的指令信号和速度信号经过计算处理后9若左\右两侧机轮速度差值超过一定门限时9则实施交叉保护 防滑控制器输出松刹车信号9使低速轮刹车压力下降9 恢复转速直至左右轮速差值低于门限值9以防止飞机偏航0 若左\右两侧机轮速度差值在一定门限范围内9 则判断机轮速度是否低于设定的防滑失效速度9若轮速低于失效速度9说明此时飞机机轮速度已经相对很低9 为了便于飞行员灵活的对飞机进行转弯等操作9防滑控制功能失效0若机轮速度并不低于设定的防滑失效速度9 则根据速度反馈信号和预先设定\计算得到的参考速度信号9控制器可判断出飞机机轮当前的打滑状态9 综合指令信号后9控制器经算法计算9输出控制电流控制电液伺服阀9调节刹车压力9从而调节飞机机轮的速度0!试验结果防滑刹车控制器在安装到飞机上以前9 必须经过地面惯性试验台的系统模拟试验0 根据防滑刹车控制器技术规范与试验大纲要求9 进行了性能测试并进行地面惯性模拟试验0试验结果如表 1 所示9曲线如图 4 所示0图 4 1/4 载荷地面惯性台试验结果曲线图试验结果表明 新型数字化电传式防滑刹车控制器硬件电路设计和软件设计正确\有效9控制器运行稳定\效果理想9防滑效率高9达到了预期目标0参考文献![1] 徐波9王瑞祥9张燮年. 飞机刹车模糊神经网络 DSP 嵌入式控制系统[J]. 电子技术应用92002928(5) 27!30[2] 常顺宏9田广来9林辉. 模糊控制在飞机刹车系统中的应用[J]. 航空精密制造技术92003939(6) 3!36[3] 刘和平. TMS320LF240x DSP C 语言开发应用 [M]. 北京 北京航空航天大学出版社92002[4] (苏)智维列夫著9邓启明译. 航空机轮和刹车系统设计[M].北京 国防工业出版社91980[5] 高云凯. 对某机电子防滑刹车系统的评估[J] .飞机设计91994(2) 44!46962[6] 张谦. 起落架与防滑刹车系统的相互作用研究[J]. 航空精密制造技术92003939(2) 40!43946 收稿日期 2005-06-27 表 1 防滑刹车控制器地面惯性台试验结果基于嵌入式 DSP 的数字化飞机防滑刹车控制器 "# 基于嵌入式DSP的数字化飞机防滑刹车控制器基于嵌入式DSP的数字化飞机防滑刹车控制器作者:王敬亭, 廖力清, 熊翔, WANG Jing-ting, LIAO Li-qing, XIONG Xiang作者单位:王敬亭,廖力清,WANG Jing-ting,LIAO Li-qing(中南大学信息科学与工程学院,长沙,410083), 熊翔,XIONG Xiang(中南大学粉末冶金研究院,长沙,410083)刊名:航空精密制造技术英文刊名:AVIATION PRECISION MANUFACTURING TECHNOLOGY年,卷(期):2006,42(1)被引用次数: 参考文献(6条)参考文献(6条)4次 1.徐波;王瑞祥;张燮年 飞机刹车模糊神经网络DSP嵌入式控制系统[期刊论文]-电子技术应用 2002(05)2.常顺宏;田广来;林辉 模糊控制在飞机刹车系统中的应用[期刊论文]-航空精密制造技术 2003(06)3.刘和平 TMS320LF240x DSP C语言开发应用 20024.智维列夫;邓启明 航空机轮和刹车系统设计 19805.高云凯 对某机电子防滑刹车系统的评估 1994(02)6.张谦 起落架与防滑刹车系统的相互作用研究[期刊论文]-航空精密制造技术 2003(02) 本文读者也读过(10条)本文读者也读过(10条)1. 姜伟 非对称载荷下飞机刹车系统控制与仿真技术[学位论文]20062. 张克志.钱锋.Zhang Kezhi.Qian Feng 一种电液伺服系统非线性补偿方法[期刊论文]-民用飞机设计与研究2010(3)3. 丁建军.朱飞浦.方群 基于Multisim电路特性分析的伺服放大器设计[会议论文]-20094. 吴紫晖.凌玉华.廖力清.王颂.WU Zi-hui.LING Yu-hua.LIAO Li-qing.WANG Song 基于模糊PID的飞机机轮静态性能测试装置[期刊论文]-飞机设计2009,29(1)5. 廖力清.曾可.凌玉华.杨欣荣.陈燕辉 Microprocessor based protecting and monitoring system for transformerof electric furnace in nickel smelting process [期刊论文]-中国有色金属学会会刊(英文版)2001,11(6)6. 周雄.周小鹏.朱新才.ZHOU Xiong.ZHOU Xiao-peng.ZHU Xin-cai 高精度电液位置伺服系统的设计[期刊论文]-机床与液压2005(7)7. 叶斌 运十二型飞机刹车系统典型故障浅析[期刊论文]-中国科技纵横2010(6)8. 曾小信.凌玉华.廖力清.王颂.ZENG Xiao-xin.LING Yu-hua.LIAO Li-qing.WANG Song 基于DSP的飞机防滑刹车系统检测装置[期刊论文]-自动化与仪表2008,23(3)9. 何永乐.毕燕洪.赵文庆.HE Yong-le.BI Yan-hong.ZHAO Wen-qing 飞机刹车能量确定方法和计算公式比较[期刊论文]-飞机设计2009,29(1)10. 李宝仁.吴金波.杜经民 高压气动位置伺服系统的控制策略研究[期刊论文]-液压气动与密封2002(2) 引证文献(4条)引证文献(4条)1.廖力清.段凌飞.熊翔.王颂 飞机防滑刹车系统的智能故障诊断与重构[期刊论文]-中南大学学报(自然科学版)2010(1)2.吴华伟.陈特放.刘文胜.许炳 非相似性余度在飞机ABS控制器的应用[期刊论文]-航空精密制造技术 2011(2)3.李建红.程晓红.辛伟.刘淑蓉 基于DSP+ARM模式的自动刹车系统的研制[期刊论文]-中国西部科技 2008(26)4.聂宏.魏小辉 大型民用飞机起落架关键技术[期刊论文]-南京航空航天大学学报 2008(4) 本文链接:http://d.wanfangdata.com.cn/Periodical_hkjmzzjs200601007.aspx

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