飛行模擬器動(dòng)感模擬關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和航空工業(yè)的高速發(fā)展，飛行模擬器以其安全性、經(jīng)濟(jì)性、可靠性、高逼真度等特點(diǎn)，已經(jīng)成為飛行員訓(xùn)練和飛機(jī)研發(fā)過(guò)程中不可缺少的試驗(yàn)仿真設(shè)備,特別是在我國(guó)自主研制民用大型運(yùn)輸機(jī)的背景下，對(duì)飛行模擬器的需求就變得更加迫切了。作為人在回路實(shí)時(shí)仿真技術(shù)的典型應(yīng)用，飛行模擬器的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)為飛行模擬器中的飛行員提供運(yùn)動(dòng)感覺(jué)。運(yùn)動(dòng)感覺(jué)是飛行員判斷飛行狀態(tài)的重要渠道，所以動(dòng)感模擬的逼真度直接影響著飛行模擬器的逼真度。本論文的研究目的就是為飛行模

2、擬器提供高逼真度的運(yùn)動(dòng)感覺(jué)模擬環(huán)境。
　　利用六自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)為飛行模擬器提供運(yùn)動(dòng)感覺(jué)的關(guān)鍵在于洗出算法。洗出算法的作用是利用六自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)有限的運(yùn)動(dòng)空間模擬出飛機(jī)在無(wú)限運(yùn)動(dòng)空間運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)感覺(jué)。洗出算法是動(dòng)感模擬領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，其形式也是多種多樣的，目前應(yīng)用比較廣泛的是自適應(yīng)洗出算法。自適應(yīng)洗出算法能夠根據(jù)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的當(dāng)前位姿調(diào)整自適應(yīng)參數(shù)使得運(yùn)動(dòng)平臺(tái)能夠在中立位置附近時(shí)提供高逼真度的運(yùn)動(dòng)感覺(jué)；接近運(yùn)動(dòng)極限時(shí)避免運(yùn)動(dòng)平臺(tái)超出

3、其運(yùn)動(dòng)范圍。但是由于六自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)是一個(gè)非線性的系統(tǒng)，各自由度運(yùn)動(dòng)范圍與運(yùn)動(dòng)平臺(tái)位姿有關(guān)，所以根據(jù)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)在中立位置時(shí)的運(yùn)動(dòng)范圍設(shè)計(jì)的洗出算法在較大姿態(tài)時(shí)，運(yùn)動(dòng)平臺(tái)仍然可能超出其運(yùn)動(dòng)范圍。另外自適應(yīng)洗出算法的自適應(yīng)高通濾波器在輸入信號(hào)幅值較大時(shí)會(huì)出現(xiàn)不穩(wěn)定的現(xiàn)象。
　　為解決以上問(wèn)題本論文對(duì)自適應(yīng)洗出算法的組成和原理進(jìn)行了研究。同時(shí)對(duì)Stewart平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)學(xué)特性進(jìn)行了分析，在此基礎(chǔ)上提出了能夠滿足實(shí)時(shí)解算要求的Stewart平

4、臺(tái)的單自由度運(yùn)動(dòng)范圍的計(jì)算方法。并且利用由這一方法實(shí)時(shí)計(jì)算出來(lái)的單自由度運(yùn)動(dòng)范圍對(duì)自適應(yīng)洗出算法的代價(jià)函數(shù)進(jìn)行了改進(jìn)。減小了由于運(yùn)動(dòng)范圍發(fā)生變化造成的運(yùn)動(dòng)平臺(tái)超限的可能性，所以自適應(yīng)洗出算法的參數(shù)可以調(diào)節(jié)得更加“開(kāi)放”，提高了動(dòng)感模擬的逼真度。
　　本論文還利用赫爾維茲判據(jù)對(duì)自適應(yīng)高通濾波器的穩(wěn)定性進(jìn)行了研究。得到了保證自適應(yīng)高通濾波器穩(wěn)定條件下，濾波器參數(shù)與輸入信號(hào)幅值所要滿足的關(guān)系。由此結(jié)果可以根據(jù)飛機(jī)最惡劣的機(jī)動(dòng)狀態(tài)來(lái)確定自

5、適應(yīng)高通濾波器的參數(shù)，來(lái)保證飛機(jī)在飛行過(guò)程中,自適應(yīng)洗出算法的穩(wěn)定性。
　　另一方面，為了解決Stewart平臺(tái)模擬特殊效應(yīng)時(shí)，由于重負(fù)載、高質(zhì)心所造成的振動(dòng)耦合問(wèn)題，本論文對(duì)Stewart平臺(tái)的動(dòng)力學(xué)特性進(jìn)行了研究，并且建立了Stewart平臺(tái)的多剛體動(dòng)力學(xué)模型。在此基礎(chǔ)上提出了一種基于動(dòng)力學(xué)的振動(dòng)控制方法。該方法能夠在Stewart平臺(tái)位置閉環(huán)控制的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)高頻振動(dòng)的精確控制，保證了Stewart平臺(tái)在進(jìn)行洗出運(yùn)動(dòng)的同時(shí)實(shí)現(xiàn)