飛行模擬器液壓操縱負(fù)荷系統(tǒng)力感模擬方法研究.pdf

1、自主研制高級(jí)別飛行模擬器對(duì)促進(jìn)我國(guó)航空事業(yè)的發(fā)展有重要意義。操縱負(fù)荷系統(tǒng)是飛行模擬器的關(guān)鍵系統(tǒng)之一，開發(fā)和研制具有高逼真度的操縱負(fù)荷系統(tǒng)是研制高級(jí)別模擬器的前提和基礎(chǔ)。操縱負(fù)荷系統(tǒng)的力感模擬方法是指為了在模擬器上逼真的復(fù)現(xiàn)飛行員在駕駛真實(shí)飛機(jī)時(shí)的操縱力感所采用的伺服控制方法，對(duì)力感模擬方法的理論研究是研制高逼真度操縱負(fù)荷系統(tǒng)的基礎(chǔ)。
　　力感模擬方法是操縱負(fù)荷系統(tǒng)研制的關(guān)鍵技術(shù)之一，尤其是動(dòng)態(tài)力感模擬方法及慣性補(bǔ)償方法更是操縱負(fù)荷

2、系統(tǒng)研制的難點(diǎn)。此外，研究操縱負(fù)荷系統(tǒng)的控制策略問題，能夠充分發(fā)揮系統(tǒng)潛能，進(jìn)一步提高力感模擬性能，對(duì)操縱負(fù)荷系統(tǒng)研制也有重要意義。因此，本文針對(duì)這幾個(gè)方面內(nèi)容對(duì)力感模擬方法進(jìn)行深入研究。
　　動(dòng)態(tài)力感模擬問題是操縱負(fù)荷系統(tǒng)研究的重點(diǎn)及難點(diǎn)。本文以簡(jiǎn)單機(jī)械式飛機(jī)飛行操縱系統(tǒng)作為仿真對(duì)象，模擬該系統(tǒng)的操縱力感，把仿真對(duì)象簡(jiǎn)化為二階動(dòng)力學(xué)模型，其中包含慣性力、阻尼力及彈性力，那么研究的力感模擬方法均能實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)力感的模擬。因此本課題以力

3、感模擬方法研究為主線，動(dòng)態(tài)力感模擬問題貫穿其中，即無論是三種基本的力感模擬方法，還是采用基于模型的前饋控制或魯棒控制的力感模擬方法，都是以能夠模擬動(dòng)態(tài)力感為根本出發(fā)點(diǎn)，從而所研究的幾種方法及得出的所有結(jié)論皆適用于動(dòng)態(tài)力感模擬。
　　操縱負(fù)荷系統(tǒng)有三種基本力感模擬方法分別是基于位置控制回路、基于速度控制回路及基于力控制回路的力感模擬方法，力感模擬原理、仿真模型推導(dǎo)、穩(wěn)定性問題及關(guān)鍵設(shè)計(jì)參數(shù)及其設(shè)計(jì)原則是各種力感模擬方法的主要研究問題

4、。首先，本文給出三種方法的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)并建立了全系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，以此為基礎(chǔ)，推導(dǎo)操縱力與操縱位移的關(guān)系，指出通過合理設(shè)計(jì)仿真模型，能夠改變這種關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)模擬真實(shí)飛機(jī)的桿力-桿位移特性的目的，即闡明了各方法的力感模擬原理。然后，利用操縱負(fù)荷系統(tǒng)與仿真對(duì)象的操縱力-操縱位移特性的等價(jià)性，導(dǎo)出了各方法中的仿真模型的結(jié)構(gòu)及參數(shù)表達(dá)式，并從工程實(shí)現(xiàn)的角度，對(duì)仿真模型進(jìn)行了合理的簡(jiǎn)化。第三，仿真模型確定后，從內(nèi)回路及外回路兩個(gè)方面分析了各方法的穩(wěn)定

5、性問題，揭示了外回路的成因及影響外回路穩(wěn)定性的因素，并給出了各種情況的內(nèi)外回路的穩(wěn)定性條件。最后，通過對(duì)力感模擬原理的分析、仿真模型的推導(dǎo)及穩(wěn)定性問題分析，確定了操縱負(fù)荷系統(tǒng)的三個(gè)關(guān)鍵設(shè)計(jì)參數(shù)是負(fù)載質(zhì)量、負(fù)載剛度及內(nèi)回路帶寬，并從動(dòng)態(tài)性能、穩(wěn)定性等方面給出的三個(gè)關(guān)鍵設(shè)計(jì)參數(shù)的設(shè)計(jì)原則。本文還對(duì)基本的三種力感模擬方法進(jìn)行了仿真分析，初步驗(yàn)證了理論分析結(jié)論的正確性。
　　在某些情況下，尤其是研制低成本的小型飛機(jī)飛行模擬器時(shí)，慣性補(bǔ)償技

6、術(shù)有重要的應(yīng)用價(jià)值。本文在基于力回路系統(tǒng)的操縱負(fù)荷系統(tǒng)基礎(chǔ)，把仿真模型中的模型質(zhì)量取為負(fù)值，成功實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)載慣性的補(bǔ)償，即可用大負(fù)載慣量的系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)小慣性力感模擬，并給出慣性補(bǔ)償?shù)膽?yīng)用條件，還用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證此法的有效性。
　　針對(duì)位置回路系統(tǒng)提出并設(shè)計(jì)了能提高穩(wěn)定性的基于模型的前饋控制器。結(jié)合液壓動(dòng)力機(jī)構(gòu)的實(shí)測(cè)頻率特性設(shè)計(jì)了能提高穩(wěn)定性的力反饋控制器。為了提高系統(tǒng)的魯棒性能，提出了操縱負(fù)荷系統(tǒng)的兩自由度魯棒控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，并應(yīng)用綜合理論設(shè)