本發(fā)明屬于直升機(jī)控制，特別是一種直升機(jī)起落架磁流變緩沖器及磁流變減振控制系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)：

1、在飛機(jī)著陸時(shí)，飛機(jī)相對(duì)于地面的沖擊以及在不平整機(jī)場(chǎng)上移動(dòng)時(shí)遭遇的碰撞，主要由飛機(jī)的起落架緩沖系統(tǒng)來承受。緩沖的核心在于將飛機(jī)的動(dòng)能有效地耗散在緩沖系統(tǒng)中。起落架緩沖系統(tǒng)主要由輪胎和緩沖器兩部分構(gòu)成。起落架緩沖器有多種類型，包括鋼彈簧緩沖器、橡膠彈簧緩沖器、空氣式緩沖器、油氣混合式緩沖器以及全油液式緩沖器等。設(shè)計(jì)起落架緩沖器時(shí)，不僅要滿足吸收著陸時(shí)沖擊能量的要求，還需要考慮如何更有效地降低滑行過程中的載荷，這也是一個(gè)重要的設(shè)計(jì)考量。

2、目前，傳統(tǒng)的雙腔油氣式緩沖器面臨著多重要求：不僅需要控制正常著陸時(shí)的載荷，還需具備良好的全機(jī)動(dòng)特性，以防止地面共振。此外，緩沖器還需能夠吸收墜毀著陸時(shí)的能量，并在載荷和行程方面提供穩(wěn)定的控制。然而，現(xiàn)有的設(shè)計(jì)往往無法根據(jù)直升機(jī)機(jī)身姿態(tài)的變化做出相應(yīng)的調(diào)整，這對(duì)其性能提出了更高的要求。

3、磁流變阻尼器具有阻尼力可調(diào)、響應(yīng)迅速和結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，適合應(yīng)用于直升機(jī)起落架減振設(shè)計(jì)中。通過根據(jù)直升機(jī)高度、姿態(tài)和阻尼器阻尼力的變化進(jìn)行調(diào)整，可以有效補(bǔ)償阻尼力，從而使得起落架適應(yīng)不同墜毀高度和不同姿態(tài)等情況。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提供一種直升機(jī)起落架磁流變緩沖器及磁流變減振控制系統(tǒng)和方法。

2、實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為：一方面，提供了一種直升機(jī)起落架磁流變緩沖器，所述磁流變緩沖器包括高壓氣腔、低壓氣腔、線圈、活塞、油腔、導(dǎo)線和活塞閥門；所述高壓氣腔左側(cè)設(shè)有所述低壓氣腔；所述活塞右側(cè)充有所述低壓氣腔，左側(cè)充有油腔；所述活塞上有多個(gè)閥門和線圈；所述油腔內(nèi)部充滿磁流變液體；所述導(dǎo)線與所述線圈直接相連，用于改變線圈上電流大小，進(jìn)而改變緩沖器內(nèi)部磁場(chǎng)，從而改變阻尼力大小。

3、進(jìn)一步地，所述磁流變緩沖器與直升機(jī)輪相連接。

4、進(jìn)一步地，所述控制系統(tǒng)包括磁流變緩沖器、傳感器模塊、主控制器、電流驅(qū)動(dòng)器和霍爾元件；

5、所述傳感器模塊包括直升機(jī)高度傳感器、直升機(jī)機(jī)身姿態(tài)傳感器和阻尼力傳感器；

6、所述直升機(jī)高度傳感器、直升機(jī)機(jī)身姿態(tài)傳感器和阻尼力傳感器，分別用于實(shí)時(shí)采集直升機(jī)飛行過程中直升機(jī)的高度數(shù)據(jù)、機(jī)身姿態(tài)數(shù)據(jù)以及磁流變緩沖器阻尼力的數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)傳輸給所述主控制器，作為主控制器的輸入激勵(lì)；

7、所述主控制器，用于根據(jù)傳感器模塊采集的數(shù)據(jù)以及磁流變緩沖器的力學(xué)模型，計(jì)算直升機(jī)起落過程中電流驅(qū)動(dòng)器需對(duì)線圈施加電流的大小；還用于輸出互補(bǔ)的epwm1和epwm1-n波至所述電流驅(qū)動(dòng)器；還用于對(duì)實(shí)際電流進(jìn)行跟蹤；所述epwm1和epwm1-n波為一對(duì)邏輯狀態(tài)互為反相的pwm信號(hào)；

8、所述電流驅(qū)動(dòng)器，用于根據(jù)主控制器輸出信號(hào)實(shí)時(shí)輸出實(shí)際電流至線圈中改變其阻尼力；

9、所述霍爾元件，用于感測(cè)實(shí)際電流并將其反饋至所述主控制器。

10、進(jìn)一步地，所述主控制器內(nèi)部流程包括：

11、程序開始時(shí)，主控制器按照預(yù)設(shè)的控制周期，每周期執(zhí)行一次循環(huán)程序；

12、單個(gè)周期內(nèi)的控制流程中，首先采集各傳感器信號(hào)，之后對(duì)傳感器信號(hào)進(jìn)行處理，得到控制依據(jù)；然后利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算期望電流；最后通過輸出pwm至電流驅(qū)動(dòng)器，實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)際電流的跟蹤。

13、進(jìn)一步地，所述主控制器通過自適應(yīng)控制算法對(duì)實(shí)際電流進(jìn)行跟蹤。

14、進(jìn)一步地，所述主控制器通過adc芯片與所述所述傳感器模塊連接。

15、進(jìn)一步地，所述主控制器通過spi與adc芯片進(jìn)行通信。

16、另一方面，提供了一種直升機(jī)起落架磁流變控制方法，所述方法包括以下步驟：

17、步驟1，通過直升機(jī)高度傳感器、直升機(jī)機(jī)身姿態(tài)傳感器和阻尼力傳感器實(shí)時(shí)測(cè)得直升機(jī)飛行過程中直升機(jī)的高度和機(jī)身姿態(tài)數(shù)據(jù)以及直升機(jī)起落架中磁流變緩沖器阻尼力的數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)傳輸至主控制器；

18、步驟2，主控制器基于上述信息及磁流變緩沖器的力學(xué)模型，使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法計(jì)算在直升機(jī)起落過程中電流驅(qū)動(dòng)器需對(duì)線圈施加電流大小；

19、步驟3，主控制器輸出互補(bǔ)的epwm1和epwm1-n波至電流驅(qū)動(dòng)器；

20、步驟4，電流驅(qū)動(dòng)器輸出實(shí)際電流至線圈中改變其阻尼力，從而在直升機(jī)起落過程實(shí)現(xiàn)控制；

21、步驟5，通過霍爾元件感測(cè)實(shí)際電流并將其反饋至主控制器，主控制器通過自適應(yīng)控制算法對(duì)實(shí)際電流進(jìn)行跟蹤。

22、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)為：

23、(1)本發(fā)明用磁流變液代替?zhèn)鹘y(tǒng)油腔中的液體，利用磁流變特性，在直升機(jī)起落過程中能夠?qū)崟r(shí)調(diào)節(jié)阻尼力大小。

24、(2)本發(fā)明利用傳感器、控制器和電流驅(qū)動(dòng)器構(gòu)成控制系統(tǒng)，使得在直升機(jī)起落過程中，磁流變緩沖器能夠根據(jù)直升機(jī)高度和姿態(tài)等實(shí)時(shí)對(duì)阻尼力進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而有效提高緩沖器的緩沖效果。

25、(3)本發(fā)明根據(jù)輸入激勵(lì)使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法計(jì)算在直升機(jī)起落過程需施加的電流大小、電流曲線，使得控制系統(tǒng)在起落過程能夠保證根據(jù)直升機(jī)高度和姿態(tài)等信息對(duì)阻尼力進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而保證直升機(jī)在起落過程中的安全性。

26、下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。

技術(shù)特征：

1.一種直升機(jī)起落架磁流變緩沖器，其特征在于，所述磁流變緩沖器包括高壓氣腔(1)、低壓氣腔(2)、線圈(3)、活塞(4)、油腔(5)、導(dǎo)線(6)和活塞閥門(7)；所述高壓氣腔(1)左側(cè)設(shè)有所述低壓氣腔(2)；所述活塞(4)右側(cè)充有所述低壓氣腔(2)，左側(cè)充有油腔(5)；所述活塞(4)上有多個(gè)閥門和線圈(3)；所述油腔(5)內(nèi)部充滿磁流變液體；所述導(dǎo)線(6)與所述線圈(3)直接相連，用于改變線圈(3)上電流大小，進(jìn)而改變緩沖器內(nèi)部磁場(chǎng)，從而改變阻尼力大小。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直升機(jī)起落架磁流變緩沖器，其特征在于，所述磁流變緩沖器與直升機(jī)輪相連接。

3.基于權(quán)利要求1所述磁流變緩沖器的直升機(jī)起落架磁流變控制系統(tǒng)，其特征在于，所述控制系統(tǒng)包括磁流變緩沖器、傳感器模塊、主控制器、電流驅(qū)動(dòng)器和霍爾元件；

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的直升機(jī)起落架磁流變控制系統(tǒng)，其特征在于，所述主控制器內(nèi)部流程包括：

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的直升機(jī)起落架磁流變控制系統(tǒng)，其特征在于，所述主控制器通過自適應(yīng)控制算法對(duì)實(shí)際電流進(jìn)行跟蹤。

6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的直升機(jī)起落架磁流變控制系統(tǒng)，其特征在于，所述主控制器的型號(hào)為am623，所述電流驅(qū)動(dòng)器的型號(hào)為drv8262-q1。

7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的直升機(jī)起落架磁流變控制系統(tǒng)，其特征在于，所述主控制器通過adc芯片與所述所述傳感器模塊連接。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的直升機(jī)起落架磁流變控制系統(tǒng)，其特征在于，所述主控制器通過spi與adc芯片進(jìn)行通信。

9.基于權(quán)利要求3至8任意一項(xiàng)所述控制系統(tǒng)的直升機(jī)起落架磁流變控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種直升機(jī)起落架磁流變緩沖器及磁流變減振控制系統(tǒng)和方法，磁流變緩沖器包括高壓氣腔、低壓氣腔、線圈、活塞、油腔、導(dǎo)線和活塞閥門；控制系統(tǒng)包括直升機(jī)起落架、磁流變緩沖器、傳感器、主控制器、電流驅(qū)動(dòng)器和霍爾元件。控制方法包括：通過傳感器測(cè)得直升機(jī)的高度和機(jī)身姿態(tài)及緩沖器阻尼力的數(shù)據(jù)，并傳輸至主控制器；主控制器計(jì)算在直升機(jī)起落過程中線圈所需電流；主控制器輸出PWM波至電流驅(qū)動(dòng)器中，電流驅(qū)動(dòng)器輸出實(shí)際電流至線圈中改變其阻尼力；同時(shí)通過霍爾元件感測(cè)實(shí)際電流并將其反饋至主控制器，主控制器通過自適應(yīng)控制算法對(duì)實(shí)際電流進(jìn)行跟蹤。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且能根據(jù)直升機(jī)姿態(tài)的變化而實(shí)時(shí)調(diào)整阻尼力，能夠有效減小直升機(jī)在起落時(shí)的振動(dòng)，從而增加直升機(jī)起落時(shí)的平穩(wěn)性和安全性。

技術(shù)研發(fā)人員：芮筱亭,徐修才,朱煒,楊富鋒,芮雪,王凌云,辛欣,強(qiáng)冉
受保護(hù)的技術(shù)使用者：南京理工大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/4/28