基于定量反饋理論的飛行模擬器運動平臺控制系統(tǒng)研究.pdf

1、飛行模擬器是在地面上模擬飛機在空中飛行和在地面上運動的一種仿真設(shè)備。與用真實飛機訓(xùn)練駕駛員、進行飛行試驗相比，這種設(shè)備具有安全性、經(jīng)濟性和無污染性等特點。在飛行模擬器各個組成部分中，六自由度運動系統(tǒng)占有極其重要的作用，它在計算機實時控制下可以提供六個自由度的瞬時過載動感。因此運動模擬系統(tǒng)性能優(yōu)劣直接關(guān)系到飛行模擬逼真度，而飛行模擬系統(tǒng)控制策略的研究是提高飛行模擬器運動性能的關(guān)鍵技術(shù)之一。因此深入研究飛行模擬系統(tǒng)控制策略，設(shè)計出合理的控制

2、器具有極其重要的意義。
　　在查閱國內(nèi)外大量相關(guān)文獻基礎(chǔ)上，本文首先綜述了國內(nèi)外飛行模擬器的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，總結(jié)了飛行模擬器六自由度運動系統(tǒng)特點和各項關(guān)鍵技術(shù)的研究現(xiàn)狀。同時對六自由度運動平臺在其他領(lǐng)域的應(yīng)用做了簡要介紹。
　　本文采用矩陣和向量分析方法，對六自由度運動平臺運動學(xué)特性進行了研究。綜合運用牛頓—歐拉方法、拉格朗日法對運動平臺受力情況進行了詳細分析。采用達郎貝爾原理和等效力法建立了運動系統(tǒng)上平臺力平衡方程，采用凱

3、恩方法建立了運動平臺任務(wù)工作空間動力學(xué)方程。建立了運動平臺關(guān)節(jié)工作空間動力學(xué)方程，對通道間交聯(lián)耦合進行了分類。建立了通道間加速度交聯(lián)耦合評價指標(biāo)，對飛行模擬試驗樣機通道間加速度交聯(lián)耦合進行了定量分析，為運動平臺結(jié)構(gòu)設(shè)計和通道間交聯(lián)耦合評價提供了一種較好的借鑒依據(jù)。
　　建立了六自由度運動系統(tǒng)單通道數(shù)學(xué)模型，分析了模型參數(shù)對系統(tǒng)性能的影響。建立了單通道狀態(tài)空間閉環(huán)數(shù)學(xué)模型和隨機典范狀態(tài)空間灰箱辨識模型，定義了模型參數(shù)辨識準(zhǔn)則函數(shù)，建

4、立了準(zhǔn)則函數(shù)雅克比矩陣和梯度矩陣的數(shù)學(xué)模型。
　　本文設(shè)計了一種三維互不相關(guān)系統(tǒng)辨識激勵信號發(fā)生器，對運動平臺進行了閉環(huán)辨識試驗?；诓杉降脑囼炤斎?、輸出數(shù)據(jù)對序列，采用基于LM準(zhǔn)則函數(shù)尋優(yōu)算法的預(yù)測誤差法對各通道進行了模型參數(shù)辨識。在相同輸入信號作用下，將狀態(tài)空間辨識模型輸出和實際系統(tǒng)輸出進行了比較，比較結(jié)果說明兩者的擬合率高達70％以上，從而證明了模型參數(shù)辨識值的合理性。
　　本文依據(jù)飛行模擬器對其運動模擬系統(tǒng)運動性能

5、的要求，對飛行模擬試驗樣機電控部分進行了改造。同時采用VC++語言結(jié)合RTX實時擴展系統(tǒng)設(shè)計了飛行模擬控制軟件。依據(jù)飛行模擬試驗樣機控制系統(tǒng)設(shè)計指標(biāo)要求，結(jié)合單通道辨識模型，利用定量反饋理論設(shè)計了一種二自由度QFT魯棒控制器。按照控制系統(tǒng)設(shè)計指標(biāo)要求，對六自由度運動系統(tǒng)進行了仿真和試驗研究。研究結(jié)果表明，二自由度QFT魯棒控制器能夠較好地補償液壓動力機構(gòu)非對稱性對系統(tǒng)性能的影響，具有很強的抑制通道間負載交聯(lián)耦合的能力，對參數(shù)時變性和未建