Control de dirección de la rueda de nariz a través de gemelo digital y co-simulación multidisciplinaria
Autores: Chen, Wenjie; Zhang, Luxi; Tong, Zhizhong; Liu, Leilei
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
Categoría
Tecnología de Equipos y Accesorios
Subcategoría
Diseño de equipos y herramientas
Palabras clave
Avión
Sistema de dirección de la rueda delantera
Estabilidad de control
Dinámica del sistema hidráulico
Dinámica mecánica
Controlador PID
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 20
Citaciones: Sin citaciones
El sistema de dirección de la rueda delantera del avión sirve como un componente crítico para garantizar la seguridad en el rodaje en tierra y la eficiencia en la maniobra. Sin embargo, su estabilidad de control dinámico enfrenta desafíos significativos bajo condiciones operativas complejas. La investigación existente se centra predominantemente en la modelización de una sola disciplina, con un análisis insuficiente de los efectos de acoplamiento entre la dinámica del sistema hidráulico y la dinámica mecánica. Los controladores PID tradicionales presentan limitaciones en escenarios que involucran condiciones no lineales y variables en el tiempo, causadas por las fluctuaciones de carga normales del estribo del amortiguador del tren de aterrizaje durante las fases de aterrizaje a alta velocidad, incluyendo un aumento en el sobreimpulso de control y una adaptabilidad inadecuada a las variaciones abruptas de carga. Estos problemas comprometen gravemente la estabilidad de la corrección de desviaciones a alta velocidad y la seguridad general del avión. Para abordar estos desafíos, este estudio construye un modelo de gemelo digital basado en datos reales de aeronaves e implementa de manera innovadora una co-simulación multidisciplinaria a través de Simcenter 3D, AMESim 2021.1 y MATLAB R2020a. Se diseña un controlador PID adaptativo difuso específicamente para lograr un ajuste adaptativo de los parámetros de control. El análisis comparativo a través de la co-simulación demuestra que la estrategia de control colaborativo mecánico-eléctrico-hidráulico propuesta reduce significativamente el retraso de respuesta, minimiza efectivamente el sobreimpulso de control y disminuye la amplitud de fluctuación de presión hidráulica en más del 85.2%. Este trabajo proporciona una nueva metodología para optimizar la estabilidad de dirección bajo escenarios de interferencia no lineales, ofreciendo una aplicabilidad y valor de promoción sustanciales en ingeniería.
Descripción
El sistema de dirección de la rueda delantera del avión sirve como un componente crítico para garantizar la seguridad en el rodaje en tierra y la eficiencia en la maniobra. Sin embargo, su estabilidad de control dinámico enfrenta desafíos significativos bajo condiciones operativas complejas. La investigación existente se centra predominantemente en la modelización de una sola disciplina, con un análisis insuficiente de los efectos de acoplamiento entre la dinámica del sistema hidráulico y la dinámica mecánica. Los controladores PID tradicionales presentan limitaciones en escenarios que involucran condiciones no lineales y variables en el tiempo, causadas por las fluctuaciones de carga normales del estribo del amortiguador del tren de aterrizaje durante las fases de aterrizaje a alta velocidad, incluyendo un aumento en el sobreimpulso de control y una adaptabilidad inadecuada a las variaciones abruptas de carga. Estos problemas comprometen gravemente la estabilidad de la corrección de desviaciones a alta velocidad y la seguridad general del avión. Para abordar estos desafíos, este estudio construye un modelo de gemelo digital basado en datos reales de aeronaves e implementa de manera innovadora una co-simulación multidisciplinaria a través de Simcenter 3D, AMESim 2021.1 y MATLAB R2020a. Se diseña un controlador PID adaptativo difuso específicamente para lograr un ajuste adaptativo de los parámetros de control. El análisis comparativo a través de la co-simulación demuestra que la estrategia de control colaborativo mecánico-eléctrico-hidráulico propuesta reduce significativamente el retraso de respuesta, minimiza efectivamente el sobreimpulso de control y disminuye la amplitud de fluctuación de presión hidráulica en más del 85.2%. Este trabajo proporciona una nueva metodología para optimizar la estabilidad de dirección bajo escenarios de interferencia no lineales, ofreciendo una aplicabilidad y valor de promoción sustanciales en ingeniería.