低空无人机制动器多参数性能动态测试方法与流程

本发明涉及低空无人机制动器测试，具体为低空无人机制动器多参数性能动态测试方法。

背景技术：

1、低空无人机制动器在制动过程中涉及液压、机械运动、摩擦热、结构振动和电机驱动等多个物理量的快速变化，其性能不仅取决于单一参数的幅值或稳态值，还取决于不同参数之间的时序关系和动态耦合。由于制动过程持续时间短、参数变化剧烈，对测试系统的时间同步性和阶段划分准确性要求较高。现有低空无人机制动器性能测试多采用单一参数测量或简单多通道记录方式，各通道采集触发时刻不一致，缺乏统一时间基准，难以在同一时间轴上比较制动液压、活塞位移、温度、振动和电流的变化。部分测试方法对制动过程的阶段划分依赖固定时间阈值或人工观察，无法适应不同制动工况下活塞位移波形的变化，导致阶段边界不准确。

2、在性能评价方面，现有方法通常分别分析压力响应时间、位移变化量、温度峰值或振动均方根值，未提取建压阶段内制动液压与活塞位移之间的相位差关系，也未分析稳定摩擦阶段内壳体振动能量变化与摩擦界面温度变化率之间的局部关联关系。由于缺少上述参数交互特征，测试结果难以反映制动器在快速建压过程中的液压力传递与活塞动作之间的滞后程度，也难以反映稳定摩擦阶段热效应与振动之间的耦合变化。对于低空无人机制动器而言，这种滞后和热振耦合会直接影响制动响应一致性和摩擦过程稳定性，现有测试手段尚不足以完整表征其动态性能。

技术实现思路

1、针对低空无人机制动器现有测试方法中各参数时间基准不一致、制动过程阶段划分依赖固定阈值以及性能评价缺少参数交互特征的问题，本发明提出一种低空无人机制动器多参数性能动态测试方法。该方法以制动控制指令到达时刻为统一时间基准同步采集活塞位移、制动液压、摩擦界面温度、壳体振动加速度和电机驱动电流，依据活塞位移时间序列的上升沿驻点和下降沿拐点自动划分预压阶段、建压阶段、稳定摩擦阶段和释放阶段，提取建压阶段制动液压与活塞位移之间的相位差序列，提取稳定摩擦阶段壳体振动加速度包络与摩擦界面温度斜率之间的局部关联系数序列，并以最大相位差和平均关联系数生成制动器动态性能测试结果，表征制动响应延迟和制动摩擦稳定性。

2、为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：本发明提供一种低空无人机制动器多参数性能动态测试方法，包括多参数同步采集、制动过程动态分段、参数交互特征提取和动态性能评估。多参数同步采集步骤以低空无人机制动器的制动控制指令到达时刻为时间基准，同步采集制动器活塞位移、制动液压、摩擦界面温度、壳体振动加速度和电机驱动电流的时间序列数据；制动过程动态分段步骤根据活塞位移时间序列的上升沿驻点与下降沿拐点，将制动过程划分为预压阶段、建压阶段、稳定摩擦阶段和释放阶段；参数交互特征提取步骤提取建压阶段内制动液压与活塞位移之间的相位差序列，以及稳定摩擦阶段内壳体振动加速度包络与摩擦界面温度斜率之间的局部关联系数序列；动态性能评估步骤根据相位差序列中的最大相位差和局部关联系数序列中的平均关联系数，生成制动器动态性能测试结果。该方法将制动器多参数动态变化过程纳入统一时间基准，能够同时反映制动响应延迟与摩擦稳定性，适应低空无人机制动器制动时间短、参数变化快的特点。

3、作为本发明的一个技术方案，多参数同步采集步骤包括：在制动器缸体安装压力传感器，在活塞杆安装位移传感器，在摩擦片背面埋设热电偶，在制动器外壳安装加速度传感器，在驱动电机线缆上安装电流钳；现场可编程逻辑器件接收制动控制指令时，输出与指令上升沿同步的采样脉冲，驱动多通道同步采集卡同时采集压力传感器、位移传感器、热电偶、加速度传感器和电流钳输出的五类信号；对五类信号对应的五组时间序列进行时钟校正和重采样，使五组时间序列具有相同的时间间隔。优选的，时钟校正和重采样包括：将每个通道的采样时间戳与现场可编程逻辑器件输出的基准时间计数进行比较，计算各通道的时钟偏移量；对时钟偏移量超出预设偏移阈值的通道，采用线性插值方式将采样值校正到统一时间栅格上；校正完成时，将各通道序列重采样为相同采样频率，并使各通道序列的首个采样点与制动控制指令到达时刻对齐。该过程减少多通道采样的时间不一致，提升后续相位差与关联系数的计算精度。

4、制动过程动态分段步骤中，对活塞位移时间序列进行低通滤波，得到平滑位移序列；对平滑位移序列求一阶导数，得到活塞运动速度序列；将活塞运动速度序列中速度由零变为正值的时刻作为制动过程起始时刻；将速度首次达到峰值后开始下降的时刻作为预压阶段结束时刻；将速度由正值减小到零且位移保持稳定的时刻作为稳定摩擦阶段起点；将位移开始减小且速度由零变为负值的时刻作为释放阶段起点。优选的，预压阶段结束时刻的确定包括：在活塞运动速度序列中查找速度最大值，并在最大值前后各取一个局部极小值点；将速度最大值对应的时刻作为峰值时刻，将峰值时刻两侧的下一个局部极小值对应的时刻分别作为前边界和后边界；在峰值时刻与前边界之间找到速度下降斜率最大的时间点，将该时间点作为预压阶段结束时刻。以活塞实际运动速度变化识别阶段边界，可提高分段准确性和鲁棒性。

5、参数交互特征提取步骤中，在建压阶段内，分别对制动液压时间序列和活塞位移时间序列进行带通滤波，并以活塞位移时间序列为参考序列，通过滑动窗互相关峰值检测获取每个窗口内制动液压相对于活塞位移的相位差，形成相位差序列；在稳定摩擦阶段内，对壳体振动加速度时间序列进行包络检波得到振动包络曲线，将振动包络曲线按固定窗长划分为多个积分窗口，并计算每个积分窗口内的振动能量值；同时计算摩擦界面温度时间序列在每个积分窗口内的斜率值，将振动能量值与温度斜率值进行幅值归一化对齐，逐窗口计算二者的局部关联系数，形成局部关联系数序列。优选的，对制动液压时间序列和活塞位移时间序列进行带通滤波包括：根据建压阶段内制动液压时间序列的频谱峰值确定中心频率，并以中心频率的零点八倍至一点二倍作为通带边界；采用凯塞窗设计的有限长单位冲激响应滤波器对制动液压时间序列和活塞位移时间序列进行滤波；对滤波得到的两序列进行零相位往返滤波处理。该特征提取方式可突出建压阶段液压与位移的动态跟随关系，以及稳定摩擦阶段振动与温升之间的局部相关特征。

6、动态性能评估步骤中，从相位差序列中提取最大相位差及其出现时刻，作为制动响应延迟特征；从局部关联系数序列中提取平均关联系数和关联系数波动方差，作为制动摩擦稳定性特征；计算预压阶段、建压阶段和稳定摩擦阶段的持续时长，并将三个持续时长作为阶段时长特征；将制动响应延迟特征、制动摩擦稳定性特征和阶段时长特征进行组合编码，得到该次制动过程的动态性能测试结果；将多次制动过程的动态性能测试结果按时间顺序连接，得到制动器多参数性能动态测试曲线。优选的，组合编码包括：将制动响应延迟特征值作为横坐标分量，将制动摩擦稳定性特征值作为纵坐标分量，在二维坐标系中生成动态性能特征点；将阶段时长特征中的三个持续时长按顺序拼接成属性字节段；将属性字节段附加至动态性能特征点尾部，形成该次制动过程的动态性能测试结果。多次测试曲线生成时，可在每次制动过程结束时，将本次动态性能测试结果中的制动响应延迟特征作为纵坐标，将累计测试时间作为横坐标，生成本次测试对应的一个曲线点；将相邻两次制动过程对应的曲线点用直线连接，并在连接处进行滑动平均滤波处理；将连接形成的完整曲线作为制动器多参数性能动态测试曲线。通过组合编码和曲线连接，测试结果既能体现单次制动的多参数综合状态，又能反映多次制动过程中的性能变化趋势。

7、在上述技术方案中，本发明提供的技术效果和优点：

8、在建压阶段，对制动液压时间序列和活塞位移时间序列进行带通滤波，以活塞位移时间序列为参考序列，通过滑动窗互相关峰值检测获取每个窗口内制动液压相对于活塞位移的相位差，形成相位差序列，并提取相位差序列中的最大相位差作为制动响应延迟特征。该处理方式将制动液压变化与活塞实际位移响应置于同一时间窗内进行互相关分析，能够反映建压过程中液压力变化传递至活塞运动所产生的滞后量及其随时间的波动，最大相位差对应建压阶段内最不利的响应延迟状态。相比仅记录压力上升时间或位移到达时间，该相位差特征直接刻画液压力输入与机械位移输出之间的动态跟随关系，能够体现制动器在快速建压阶段的响应一致性。

9、在稳定摩擦阶段，对壳体振动加速度时间序列进行包络检波得到振动包络曲线，按固定窗长划分积分窗口并计算每个积分窗口内的振动能量值，同时计算摩擦界面温度时间序列在每个积分窗口内的斜率值，将振动能量值与温度斜率值进行幅值归一化对齐后逐窗口计算局部关联系数，形成局部关联系数序列，并提取平均关联系数和关联系数波动方差作为制动摩擦稳定性特征。该处理方式将摩擦界面温度变化率与壳体振动能量变化进行窗口化关联，能够反映摩擦热变化对结构振动水平的局部耦合影响，平均关联系数表征稳定摩擦阶段热振耦合的整体强度，关联系数波动方差表征局部关联状态随时间的一致程度。相比单独比较温度峰值或振动均方根值，该关联特征能够体现摩擦过程中热效应与振动之间的动态耦合关系，能够判别制动器在稳定摩擦阶段是否存在局部摩擦状态变化。