飛機(jī)剎車模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)DSP嵌入式控制系統(tǒng)

飛機(jī)剎車系統(tǒng)是飛機(jī)上具有相對(duì)獨(dú)立功能的子系統(tǒng)，承受飛機(jī)的動(dòng)、靜態(tài)載荷及著陸時(shí)的動(dòng)能，實(shí)現(xiàn)飛機(jī)的制動(dòng)控制。

　　從20世紀(jì)40年代至今，飛機(jī)剎車系統(tǒng)已發(fā)展到第四代。第一代飛機(jī)剎車系統(tǒng)由離合開關(guān)調(diào)節(jié)壓力來(lái)實(shí)現(xiàn)剎車控制;第二代用固定參考減速度為誤差門限進(jìn)行控制;1967年Hydro-Aire公司的第三代飛機(jī)剎車系統(tǒng)，以一定的滑移率為誤差門限進(jìn)行控制;20世紀(jì)70年代后，第四代系統(tǒng)用指令傳感器代替液壓閥，采用微處理器，將控制算法通過(guò)編程來(lái)實(shí)現(xiàn)。近年來(lái)，國(guó)外已著手運(yùn)用最新控制理論――模糊控制和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論研究新一代防滑剎車系統(tǒng)，并成功地利用DC-9飛機(jī)的參數(shù)進(jìn)行了仿真。結(jié)果表明:新系統(tǒng)具有更高的剎車效率、更好的控制魯棒性。我們也已開始了相應(yīng)的研究，并成功地進(jìn)行了軟件仿真，本系統(tǒng)在文獻(xiàn)[5]的基礎(chǔ)上，在硬件上實(shí)現(xiàn)了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊控制，較大程度地提高了飛機(jī)剎車效率。

1 工作原理

1.1 飛機(jī)剎車系統(tǒng)原理

　　飛機(jī)剎車制動(dòng)主要靠剎車時(shí)輪胎和地面間產(chǎn)生的結(jié)合力來(lái)使飛機(jī)減速。影響結(jié)合力大小的主要因素是結(jié)合系數(shù)μ。該系數(shù)與滑移量σ之間存在一個(gè)復(fù)雜的非線性關(guān)系，在整個(gè)剎車過(guò)程中，存在一個(gè)最大值μmax，它對(duì)應(yīng)的滑移量為最佳滑移量σp，如圖1所示。

在整個(gè)剎車過(guò)程中，飛機(jī)速度不斷下降，因此σ也不斷變化，必然引起μ變化。為了達(dá)到最佳剎車，應(yīng)不斷調(diào)節(jié)剎車力矩，使剎車機(jī)輪在結(jié)合系數(shù)為最大值或者在其附近區(qū)域II、III的情況下產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)。

　　目前在剎車系統(tǒng)對(duì)μ-σ的處理中，μ取為定值，這與實(shí)際情況存在較大差異。有文獻(xiàn)采用多級(jí)σ值的計(jì)算方法來(lái)實(shí)現(xiàn)μ隨σ變化而變化，但控制效果并不理想。本文采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來(lái)處理μ-σ的非線性關(guān)系，因?yàn)楦鶕?jù)Kolmogorov神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)映射存在以下理論:任何一個(gè)給定的連續(xù)函數(shù)或映射，都能夠用一個(gè)三層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來(lái)精確實(shí)現(xiàn)。

　　現(xiàn)有剎車系統(tǒng)根據(jù)不同的跑道狀況，由速度反饋單元不斷地對(duì)參考速度進(jìn)行修正，具有一定自適應(yīng)能力。但當(dāng)飛機(jī)由干路面進(jìn)入積水路面時(shí)，會(huì)引起剎車減速率的突變，引起系統(tǒng)和起落架的震動(dòng)。在本文研制的系統(tǒng)中，按模糊規(guī)則來(lái)控制系統(tǒng)，系統(tǒng)受路面影響較小，具有較好的魯棒性。

1.2 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)原理

　　神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用最廣的是多層前向網(wǎng)絡(luò)。多層前向網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于具體實(shí)時(shí)控制問(wèn)題時(shí)，必須有一個(gè)訓(xùn)練網(wǎng)絡(luò)權(quán)值的算法，應(yīng)用最廣的是BP算法。這種算法思路簡(jiǎn)潔明了，具有自適應(yīng)、自學(xué)習(xí)、自組織功能，根據(jù)實(shí)際訓(xùn)練樣本不斷實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)自己的參數(shù)，以達(dá)到理想輸出的目的。在本系統(tǒng)中即采用BP算法。圖2即為一個(gè)典型的三層前向網(wǎng)絡(luò)。

1.3 模糊控制原理

　　模糊控制是利用人的智能和經(jīng)驗(yàn)，制定一些模糊規(guī)則，進(jìn)行推理，得出控制查詢庫(kù)，按查詢庫(kù)來(lái)控制系統(tǒng)。采用模糊控制，可以有效地克服參數(shù)變化對(duì)系統(tǒng)造成的不利影響，極大地增強(qiáng)系統(tǒng)的魯棒性。同時(shí)避免不精確建模造成的誤差，使系統(tǒng)有效地工作，故近年來(lái)獲得越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊控制兩者是互補(bǔ)的。簡(jiǎn)單地說(shuō)，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是模擬人的大腦結(jié)構(gòu)，而模糊控制模擬人的大腦功能，兩者的有機(jī)結(jié)合可組成性能更好的系統(tǒng)。