飛行模擬器傳輸延遲補(bǔ)償與實現(xiàn)研究.pdf

1、飛行模擬器是一種典型的人在回路仿真系統(tǒng),作為飛行訓(xùn)練用，與用真實的飛機(jī)進(jìn)行訓(xùn)練相比，具有減少實際飛行任務(wù)時間、節(jié)省燃料、不受場地和氣候條件限制、提高訓(xùn)練效率等突出優(yōu)點。目前我國在飛行模擬器的開發(fā)和研制方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于國外發(fā)達(dá)國家，特別是我國目前正在實施的大型干線飛機(jī)研制項目，需要與其相配套的飛行模擬器，因此針對飛行模擬器關(guān)鍵技術(shù)的研究更加迫切。飛行模擬器的傳輸延遲問題研究是提高飛行模擬器逼真度的關(guān)鍵技術(shù)之一，傳輸延遲的影響分析及其補(bǔ)償方法

2、研究可為我國研制和開發(fā) D級飛行模擬器奠定堅實的技術(shù)基礎(chǔ)和積累豐富的研發(fā)經(jīng)驗。
　　在查閱國內(nèi)外大量相關(guān)文獻(xiàn)基礎(chǔ)上，本文首先綜述了國內(nèi)外飛行模擬器研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，總結(jié)了國內(nèi)外飛行模擬器傳輸延遲測量和補(bǔ)償方法的研究現(xiàn)狀，以及我國在這些領(lǐng)域與國外發(fā)達(dá)國家的差距，同時對飛行員控制模型進(jìn)行了簡要的介紹；其次詳細(xì)的分析了飛行模擬器的系統(tǒng)組成及各分系統(tǒng)功能，在此基礎(chǔ)上，得出了飛行模擬器傳輸延遲產(chǎn)生的原因，為后續(xù)研究工作奠定了基礎(chǔ)。

3、　　在實際飛行訓(xùn)練中，由捕獲控制轉(zhuǎn)為追蹤控制是飛行員常用的策略。追蹤控制策略的目的是保持系統(tǒng)的狀態(tài)在切換超平面上，為了達(dá)到這一要求，基于滑模控制理論和最優(yōu)化控制理論，提出了一種使系統(tǒng)狀態(tài)從初始就在切換超平面上的滑模最優(yōu)化控制方法。針對目標(biāo)函數(shù)中加權(quán)矩陣的選取，改進(jìn)了∞H控制中加權(quán)矩陣選取的隨機(jī)搜索算法，得到了最優(yōu)化控制加權(quán)矩陣的計算方法。為了實現(xiàn)在最小時間內(nèi)使系統(tǒng)狀態(tài)到達(dá)捕獲控制切換超平面，采用滑模控制理論建立了飛行員捕獲控制模型。根據(jù)

4、飛行訓(xùn)練要求選取主要的控制偏差作為從捕獲控制到追蹤控制切換的判據(jù)。實例驗證表明所提出的飛行員變策略控制模型符合飛行員實際控制行為特征。
　　為了能夠在設(shè)計階段研究飛行模擬器傳輸延遲對其操縱品質(zhì)的影響，幫助模擬器設(shè)計者設(shè)計出能夠提供真實飛行動感的飛行模擬器，提出了包含飛行員視覺和前庭系統(tǒng)非線性作用的飛行員—飛行模擬器一體化模型，該模型包括飛行員運(yùn)動感知的滾轉(zhuǎn)模型、線性模型以及飛行模擬器運(yùn)動系統(tǒng)和視景系統(tǒng)模型。各個系統(tǒng)的傳輸延遲通過二

5、階 Pade近似的形式加在相應(yīng)的通道上。根據(jù)飛行模擬器視景通道和運(yùn)動通道傳輸延遲的不同，詳細(xì)的分析了不同傳輸延遲對運(yùn)動基式和固定基式飛行模擬器的影響，發(fā)現(xiàn)運(yùn)動基式飛行模擬器對延遲變化的敏感度大于固定基式飛行模擬器對延遲變化的敏感度，而且傳輸延遲與影響程度近似成線性關(guān)系，運(yùn)動平臺傳輸延遲的出現(xiàn)增加了視景通道傳輸延遲影響程度，并從理論上得出了目前傳輸延遲補(bǔ)償主要是應(yīng)對視景通道傳輸延遲進(jìn)行補(bǔ)償?shù)慕Y(jié)論。
　　針對改進(jìn)的McFarland補(bǔ)

6、償方法在補(bǔ)償延遲方面的不足，主要為了提高延遲補(bǔ)償能力和減小預(yù)測大偏差問題，提出了“自適應(yīng)權(quán)重因子”的概念，并使用具有遺忘因子的迭代最小二乘法，提出了自適應(yīng)實時加權(quán)遞推最小二乘McFarland補(bǔ)償方法和自適應(yīng)迭代最小二乘McFarland補(bǔ)償方法，并成功的解決了改進(jìn)McFarland補(bǔ)償方法迭帶過程中協(xié)方差收斂矩陣存在的初始值奇異性問題。實例驗證發(fā)現(xiàn)所提出的兩種補(bǔ)償方法對延遲變化的敏感度和偏差積累的數(shù)值均小于已有的改進(jìn)的McFarlan

7、d補(bǔ)償方法，并且自適應(yīng)迭代最小二乘McFarland補(bǔ)償方法是三種補(bǔ)償方法中最優(yōu)的方法。
　　測量飛行模擬器傳輸延遲是應(yīng)用補(bǔ)償方法前提，本文使用了包含測量投影儀傳輸延遲的飛行模擬器傳輸延遲測量實現(xiàn)方法，該方法使用具有高光敏特性的光電三級管測量電路并結(jié)合飛行控制系統(tǒng)計算機(jī)實現(xiàn)。使用該方法對自主研發(fā)的B737-800飛行模擬器進(jìn)行了傳輸延遲測量，得到了其平均傳輸延遲和最大傳輸延遲大小。
　　為了對傳輸延遲補(bǔ)償方法進(jìn)行實驗驗證，開

8、發(fā)出了一套飛行模擬器自動測試與評估系統(tǒng)，從逼真度的角度對補(bǔ)償方法進(jìn)行了評價。該系統(tǒng)包括面向模擬器測試任務(wù)的測試項目文件、測試文件翻譯器、測試執(zhí)行程序、測試結(jié)果分析等全過程。與以往的飛行模擬器測試與評估系統(tǒng)不同，該系統(tǒng)包括了具體詳盡的實現(xiàn)過程和實現(xiàn)方法。
　　最后，將飛行模擬器傳輸延遲補(bǔ)償方法和飛行模擬器自動測試與評估系統(tǒng)應(yīng)用于B737-800飛行模擬器上，從測試結(jié)果可以看出該飛行模擬器的逼真度滿足了飛行模擬器性能規(guī)范的要求，這不但