无人机电刹车系统压力传感器失效时的容错控制方法与流程

1.本发明属于无人机电刹车技术领域，具体涉及一种无人机电刹车系统压力传感器失效时的容错控制方法。


背景技术：

2.压力传感器是响应刹车系统指令的唯一依据，如果压力传感器失效，刹车的输出将失控，对飞机将产生重大的安全隐患。
3.目前的压力传感器失效时的容错控制难点主要有：（1）虽然刹车压力和刹车电机的电流在一般情况下成正比关系，由于刹车钳和刹车盘的严重的滞环非线性关系，这种比例关系在控制过程中已经变得不可用。（2）在电刹车系统中有电机转子位置传感器，转子位置和压力也存在着相应的比例关系，同样由于刹车钳和刹车盘的严重的滞环非线性关系，再加上电机轴、减速机轴系的一系列刚度系数不大产生的变形，这种比例关系也无法表示刹车力，从而无法以此作为压力控制的依据。


技术实现要素：

4.针对以上压力传感器失效时的容错控制难点，本发明通过刹车前的自检方法，得到实际刹车压力上升与刹车电机转子角度曲线，实现压力传感器容错；并将容错控制策略分为压力给定的上升和下降两种不同的策略。
5.为了实现上述目的，本发明具体采用了如下技术方案。
6.提供一种无人机电刹车系统压力传感器失效时的容错控制方法，包括：在所述电刹车系统上电时，所述电刹车系统进行一次自动自检方法，所述方法须将刹车压力由空行程的零值增加至刹车所需压力的最大值，并记录所述自检过程中的刹车压力值和对应的刹车电机转子位置角值以及刹车电机转子对应转向；刹车控制系统在接收到压力传感器故障信号时，控制所述刹车电机的转子迅速回退至自检时的空行程间隙，保证释放压力；控制所述刹车电机正向加压旋转，并根据刹车压力给定值和自检时对应的电机转子位置角，到位后将电机电流减小到维持电机稳定不转的小电流值，以自检时的电机维持不转的小控制电流，保持稳定地把所述电机转子位置增加到对应的压力值上；保持电机控制电流的维持，使得所述电机转子位置保持不下降。
7.作为本发明的进一步说明，所述自动自检过程具体包括：自检开始时，刹车电机接受控制指令正转推动刹车钳上的刹车片压向刹车盘，如果刹车片还未压到刹车盘，处于空行程位置，这时所述刹车电机的转子转过一段角度，在所述空行程阶段，如果所述压力传感器输出不是零，则把所述压力值认定为零点漂移；所述刹车电机继续加压，若所述压力值开始增加，说明所述刹车片已经压上所述刹车盘，把所述刹车片和所述刹车盘刚刚碰上的所述电机转子位置角定义为零位置；所述刹车电机继续加压至刹车的所需的最大压力值，使得在故障时可以实现任意
所需压力的容错控制，记录所述刹车压力值和所述刹车电机转子位置角对应的曲线值；记录完后回退刹车电机至合适的空行程间隙，自检完毕。
8.作为本发明的进一步说明，所述把所述压力值认定为零点漂移，代表强制把所述压力值认定为零。
9.作为本发明的进一步说明，所述把所述刹车片和所述刹车盘刚刚碰上的所述电机转子位置角定义为零位置，具体为：所述电机转子位置角采用霍尔传感器测定，所述刹车控制系统记录所述零位置对应的霍尔传感器计数值，并认定所述霍尔传感器计数值为相对零值，即比所述相对零值大为正角度值，比所述相对零值小为负角度值。
10.作为本发明的进一步说明，所述控制所述刹车电机正向加压旋转，并根据刹车压力给定值和自检时对应的电机转子位置角，到位后将电机电流减小到维持电机稳定不转的小电流值，以自检时的电机维持不转的小控制电流，保持稳定地把所述电机转子位置增加到对应的压力值上，具体包括：控制所述刹车电机正转，增加到所述零位置；再根据自检记录的所述刹车压力值和所述刹车电机转子位置角对应的曲线，根据压力给定值，查找所述压力给定值对应的所述电机转子位置角的值，稳定地把所述电机转子位置增加控制在压力上升时的对应的压力值上。
11.作为本发明的进一步说明，当所述容错控制方法需要跟随压力下降过程时，必须使所述刹车电机的转子回退至自检时空行程压力为零的电机位置，然后重新查找新的压力给定值对应的电机转子位置角的值，再控制所述刹车电机正转到新的给定值，实现加压值小于原先给定值的压力出现跟踪，并电流闭环维持所述电机转子位置不变。
12.作为本发明的进一步说明，所述压力传感器通过压力反馈信号采集电路采集受刹机轮所受压力，经过故障检测电路输出所述压力传感器故障信号。
13.本发明与现有技术相比具有以下优点：（1）本发明通过刹车前的自检方法，得到实际刹车压力上升与电机转子角度曲线，实现压力传感器容错。
14.（2）本发明的容错控制策略分为压力给定的上升和下降两种不同的策略。
15.（3）本发明稳定压力采用稳定转子位置尽量不超调实现压力精度跟踪的方法。
附图说明
16.图1为本发明一实施例中刹车前的自检过程生成的压力和电机位置角对应的曲线。
17.图2为本发明一实施例中压力传感器故障时用自检曲线保持压力控制过程的示意图。
实施方式
18.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他
实施例，都属于本发明保护的范围。
19.本发明实施例中提供了一种无人机电刹车系统压力传感器失效时的容错控制方法，包括如下步骤：步骤1：刹车前的自检，记录自检过程的压力值和电机转子位置角以及电机转子对应转向，具体的：在电刹车系统上电时，电刹车系统进行一次自动自检方法（该方法必须将压力由空行程的零值增加至刹车所需压力的最大值，确保实现整个刹车压力过程可以实现容错控制，也即在故障时可以实现任意所需压力的容错控制），自检开始时，电机接受控制指令正转推动刹车钳上的刹车片压向刹车盘，如果刹车片还未压到刹车盘，也就是处于空行程位置，由于空行程有一定的距离，这时电机的转子位置转过一段角度，在空行程阶段压力传感器的压力值应该是“零”，如果压力传感器输出的压力值不是零，则把该压力值认定为零点漂移，即强制认为该压力值是“零”。电机继续加压，一旦发现压力传感器的压力值开始增加时说明刹车片已经压上刹车盘，把刹车片和刹车盘刚刚碰上的电机转子角位置定义为“零”位置。（例如电机转子位置角采用霍尔传感器测定，记住该霍尔传感器计数值，并认定该值为相对“零”值，即比该相对“零”值大为正角度值，比该相对“零”值小为负角度值）。随后电机继续加压至刹车的所需的最大压力值，使得在故障时可以实现任意所需压力的容错控制，，记录压力值和电机位置角对应的曲线值。记录完后回退电机，松刹车压力，并回退到合适的“空行程间隙”，自检完毕，如图1所示。需要注意的是：压力上升和压力下降是不同的曲线；正常刹车是压力控制以刹车压力闭环进行控制。
20.步骤2：刹车控制系统在接收到压力传感器故障信号时，控制电机压力减小，使电机转子迅速回退至自检时空行程间隙，保证释放压力。然后开始正转电机，增加到为“零”的电机位置。再根据步骤1的自检过程记录的压力曲线，根据压力给定值，查找该压力给定值对应的电机转子位置角值，如图2所示，以自检时的电机维持不转的小控制电流，稳定地把刹车电机转子位置增加控制在压力上升时的对应的压力值上，保证不要出现超调，以保持压力控制的精度。
21.步骤3：保持电机控制电流的维持，使得电机转子位置保持不下降。
22.还需要注意的是：上述容错控制方法能保证在压力传感器故障时，刹车压力上升到的给定值，还可以跟随压力继续上升的指令，但不能跟踪压力下降指令。当需要跟随压力上升时，同样查找自检时对应该压力值的电机转子位置的霍尔值，增加电流使转子转到该值，并进入电流闭环维持该转子位置。
23.如果此时要跟随压力下降过程，必须使电机回退至自检时空行程压力为“零”的电机位置，然后重新查找新的压力给定值对应的电机转子位置值，再正转旋转到新给定值，实现加压值小于原先给定值的压力出现跟踪，并电流闭环维持该位置不变。
24.需要说明的是，在本文中，诸如术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
25.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以
理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

技术特征：
1.一种无人机电刹车系统压力传感器失效时的容错控制方法，其特征在于，包括：在所述电刹车系统上电时，所述电刹车系统进行一次自动自检方法，所述方法须将刹车压力由空行程的零值增加至刹车所需压力的最大值，并记录所述自检过程中的刹车压力值和对应的刹车电机转子位置角值以及刹车电机转子对应转向；刹车控制系统在接收到压力传感器故障信号时，控制所述刹车电机的转子迅速回退至自检时的空行程间隙，保证释放压力；控制所述刹车电机正向加压旋转，并根据刹车压力给定值和自检时对应的电机转子位置角，到位后将电机电流减小到维持电机稳定不转的小电流值，以自检时的电机维持不转的小控制电流，保持稳定地把所述电机转子位置增加到对应的压力值上；保持电机控制电流的维持，使得所述电机转子位置保持不下降。2.根据权利要求1所述的无人机电刹车系统压力传感器失效时的容错控制方法，其特征在于，所述自动自检过程具体包括：自检开始时，刹车电机接受控制指令正转推动刹车钳上的刹车片压向刹车盘，如果刹车片还未压到刹车盘，处于空行程位置，这时所述刹车电机的转子转过一段角度，在所述空行程阶段，如果所述压力传感器输出不是零，则把所述压力值认定为零点漂移；所述刹车电机继续加压，若所述压力值开始增加，说明所述刹车片已经压上所述刹车盘，把所述刹车片和所述刹车盘刚刚碰上的所述电机转子位置角定义为零位置；所述刹车电机继续加压至刹车的所需的最大压力值，使得在故障时可以实现任意所需压力的容错控制，记录所述刹车压力值和所述刹车电机转子位置角对应的曲线值；记录完后回退刹车电机至合适的空行程间隙，自检完毕。3.根据权利要求2所述的无人机电刹车系统压力传感器失效时的容错控制方法，其特征在于，所述把所述压力值认定为零点漂移，代表强制把所述压力值认定为零。4.根据权利要求2所述的无人机电刹车系统压力传感器失效时的容错控制方法，其特征在于，所述把所述刹车片和所述刹车盘刚刚碰上的所述电机转子位置角定义为零位置，具体为：所述电机转子位置角采用霍尔传感器测定，所述刹车控制系统记录所述零位置对应的霍尔传感器计数值，并认定所述霍尔传感器计数值为相对零值，即比所述相对零值大为正角度值，比所述相对零值小为负角度值。5.根据权利要求2所述的无人机电刹车系统压力传感器失效时的容错控制方法，其特征在于，所述控制所述刹车电机正向加压旋转，并根据刹车压力给定值和自检时对应的电机转子位置角，到位后将电机电流减小到维持电机稳定不转的小电流值，以自检时的电机维持不转的小控制电流，保持稳定地把所述电机转子位置增加到对应的压力值上，具体包括：控制所述刹车电机正转，增加到所述零位置；再根据自检记录的所述刹车压力值和所述刹车电机转子位置角对应的曲线，根据压力给定值，查找所述压力给定值对应的所述电机转子位置角的值，稳定地把所述电机转子位置增加控制在压力上升时的对应的压力值上。6.根据权利要求5所述的无人机电刹车系统压力传感器失效时的容错控制方法，其特征在于，当所述容错控制方法需要跟随压力下降过程时，必须使所述刹车电机的转子回退
至自检时空行程压力为零的电机位置，然后重新查找新的压力给定值对应的电机转子位置角的值，再控制所述刹车电机正转到新的给定值，实现加压值小于原先给定值的压力出现跟踪，并电流闭环维持所述电机转子位置不变。7.根据权利要求1所述的无人机电刹车系统压力传感器失效时的容错控制方法，其特征在于，所述压力传感器通过压力反馈信号采集电路采集受刹机轮所受压力，经过故障检测电路输出所述压力传感器故障信号。

技术总结
本发明公开了一种无人机电刹车系统压力传感器失效时的容错控制方法，包括：进行一次自检，记录自检过程的刹车压力值和刹车电机转子位置角以及刹车电机转子对应转向；刹车控制系统在接收到压力传感器故障信号时，控制刹车电机的转子迅速回退至自检时的空行程间隙，保证释放压力；控制刹车电机正转，并根据刹车压力给定值和自检时对应的电机转子位置角，以自检时的电机控制电流，保持稳定地把电机转子位置增加到对应的压力值上；保持电流的维持，使转子位置保持不下降。当需要跟随压力下降过程时，必须使刹车电机的转子回退至自检时空行程压力为零的位置，然后重新查找新的压力给定值对应的电机转子位置角的值，再控制刹车电机正转到新的给定值。转到新的给定值。转到新的给定值。


技术研发人员：林辉
受保护的技术使用者：西安泽力特科技有限公司
技术研发日：2023.04.20
技术公布日：2023/7/5