飛行模擬器動感模擬關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、隨著我國國民經(jīng)濟和航空工業(yè)的高速發(fā)展，飛行模擬器以其安全性、經(jīng)濟性、可靠性、高逼真度等特點，已經(jīng)成為飛行員訓(xùn)練和飛機研發(fā)過程中不可缺少的試驗仿真設(shè)備,特別是在我國自主研制民用大型運輸機的背景下，對飛行模擬器的需求就變得更加迫切了。作為人在回路實時仿真技術(shù)的典型應(yīng)用，飛行模擬器的運動系統(tǒng)為飛行模擬器中的飛行員提供運動感覺。運動感覺是飛行員判斷飛行狀態(tài)的重要渠道，所以動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動感覺模擬環(huán)境。
　　利用六自由度并聯(lián)機構(gòu)為飛行模擬器提供運動感覺的關(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)機構(gòu)有限的運動空間模擬出飛機在無限運動空間運動所產(chǎn)生的運動感覺。洗出算法是動感模擬領(lǐng)域的研究熱點，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)運動平臺的當前位姿調(diào)整自適應(yīng)參數(shù)使得運動平臺能夠在中立位置附近時提供高逼真度的運動感覺；接近運動極限時避免運動平臺超出

3、其運動范圍。但是由于六自由度并聯(lián)機構(gòu)是一個非線性的系統(tǒng)，各自由度運動范圍與運動平臺位姿有關(guān)，所以根據(jù)運動平臺在中立位置時的運動范圍設(shè)計的洗出算法在較大姿態(tài)時，運動平臺仍然可能超出其運動范圍。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幅值較大時會出現(xiàn)不穩(wěn)定的現(xiàn)象。
　　為解決以上問題本論文對自適應(yīng)洗出算法的組成和原理進行了研究。同時對Stewart平臺的運動學(xué)特性進行了分析，在此基礎(chǔ)上提出了能夠滿足實時解算要求的Stewart平

4、臺的單自由度運動范圍的計算方法。并且利用由這一方法實時計算出來的單自由度運動范圍對自適應(yīng)洗出算法的代價函數(shù)進行了改進。減小了由于運動范圍發(fā)生變化造成的運動平臺超限的可能性，所以自適應(yīng)洗出算法的參數(shù)可以調(diào)節(jié)得更加“開放”，提高了動感模擬的逼真度。
　　本論文還利用赫爾維茲判據(jù)對自適應(yīng)高通濾波器的穩(wěn)定性進行了研究。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)與輸入信號幅值所要滿足的關(guān)系。由此結(jié)果可以根據(jù)飛機最惡劣的機動狀態(tài)來確定自

5、適應(yīng)高通濾波器的參數(shù)，來保證飛機在飛行過程中,自適應(yīng)洗出算法的穩(wěn)定性。
　　另一方面，為了解決Stewart平臺模擬特殊效應(yīng)時，由于重負載、高質(zhì)心所造成的振動耦合問題，本論文對Stewart平臺的動力學(xué)特性進行了研究，并且建立了Stewart平臺的多剛體動力學(xué)模型。在此基礎(chǔ)上提出了一種基于動力學(xué)的振動控制方法。該方法能夠在Stewart平臺位置閉環(huán)控制的基礎(chǔ)上實現(xiàn)高頻振動的精確控制，保證了Stewart平臺在進行洗出運動的同時實現(xiàn)