飞机起落架磁流变缓冲单元落震缓冲控制方法研究

作     者：朱博 

作者单位：沈阳航空航天大学 

学位级别：硕士

导师姓名：傅莉;宫禹

授予年度：2022年

学科分类：08[工学] 082501[工学-飞行器设计] 0802[工学-机械工程] 0835[工学-软件工程] 0825[工学-航空宇航科学与技术] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：飞机起落架 磁流变阻尼器 磁流变缓冲单元 H2/H∞鲁棒混合控制 自适应容错控制 

摘      要：起落架作为飞机的重要承力部件,直接影响飞机在起降过程中的安全性。传统油气式起落架缓冲器,不能随飞机着陆工况的变化而灵活地调节其输出的阻尼力,造成起落架与机体所受载荷加剧。由磁流变阻尼器及其控制器组成的磁流变缓冲单元则可以解决上述问题。本文考虑到飞机着陆工况的不确定性,以及起落架缓冲系统参数的不确定性,设计了H/H鲁棒混合控制器,并将其应用到磁流变缓冲系统之中,以提高其鲁棒性。针对在长期连续工作条件下,磁流变阻尼器会产生部分失效故障或卡滞故障等问题,设计了具有修正函数的自适应容错控制器,以补偿阻尼器故障对磁流变缓冲系统造成的影响。首先,建立飞机起落架缓冲单元力学模型,搭建起落架缓冲系统仿真平台,设计了满足起落架阻尼力要求的磁流变阻尼器。使用Bingham模型来描述磁流变阻尼器的阻尼特性。针对设计的起落架磁流变阻尼器模型参数未知这一问题,使用自制的落震冲击试验平台,对磁流变阻尼器进行阻尼力特性实验,并对其模型进行参数辨识。随后,对基于PID控制的磁流变缓冲系统进行仿真验证实验。结果表明,相比于油气式被动控制缓冲系统,载有磁流变阻尼器的起落架缓冲系统具有更好的缓冲性能。其次,设计了基于H/H鲁棒混合控制的起落架磁流变缓冲系统。在飞机质量、下沉速度和磁流变粘滞阻尼系数等各参数变化的条件下,进行起落架落震缓冲仿真对比实验。结果表明,基于H/H鲁棒混合控制的系统缓冲效率均能达到84%左右,高于传统油气式起落架缓冲系统的缓冲效率。由此可见,前者在具有出色的适应性与鲁棒性的同时,还具有很高的缓冲效率。最后,考虑到起落架长期连续工作后,其磁流变缓冲系统可能会出现磁流变阻尼器故障的情况。设计了新颖的阻尼器故障模型,来表达磁流变阻尼器的几种故障模式。提出了自适应容错控制器,并将其应用于起落架磁流变缓冲系统,从而实时地调整控制器参数,以补偿几种阻尼器故障对系统造成的影响。经仿真验证,在阻尼器卡滞故障与部分失效故障同时发生的条件下,提出的容错控制方法在确保系统稳定性的同时,又能保证磁流变缓冲系统具有很高的缓冲效率。