飛行模擬器傳輸延遲補(bǔ)償與實(shí)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(shí)的飛機(jī)進(jìn)行訓(xùn)練相比，具有減少實(shí)際飛行任務(wù)時(shí)間、節(jié)省燃料、不受場(chǎng)地和氣候條件限制、提高訓(xùn)練效率等突出優(yōu)點(diǎn)。目前我國(guó)在飛行模擬器的開(kāi)發(fā)和研制方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家，特別是我國(guó)目前正在實(shí)施的大型干線飛機(jī)研制項(xiàng)目，需要與其相配套的飛行模擬器，因此針對(duì)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(wèn)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(guó)研制和開(kāi)發(fā) D級(jí)飛行模擬器奠定堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)和積累豐富的研發(fā)經(jīng)驗(yàn)。
　　在查閱國(guó)內(nèi)外大量相關(guān)文獻(xiàn)基礎(chǔ)上，本文首先綜述了國(guó)內(nèi)外飛行模擬器研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)，總結(jié)了國(guó)內(nèi)外飛行模擬器傳輸延遲測(cè)量和補(bǔ)償方法的研究現(xiàn)狀，以及我國(guó)在這些領(lǐng)域與國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家的差距，同時(shí)對(duì)飛行員控制模型進(jìn)行了簡(jiǎn)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(shí)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?？刂评碚摵妥顑?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(duì)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(jì)算方法。為了實(shí)現(xiàn)在最小時(shí)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?？刂评碚摻⒘孙w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(shí)例驗(yàn)證表明所提出的飛行員變策略控制模型符合飛行員實(shí)際控制行為特征。
　　為了能夠在設(shè)計(jì)階段研究飛行模擬器傳輸延遲對(duì)其操縱品質(zhì)的影響，幫助模擬器設(shè)計(jì)者設(shè)計(jì)出能夠提供真實(shí)飛行動(dòng)感的飛行模擬器，提出了包含飛行員視覺(jué)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(dòng)感知的滾轉(zhuǎn)模型、線性模型以及飛行模擬器運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)和視景系統(tǒng)模型。各個(gè)系統(tǒng)的傳輸延遲通過(guò)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(dòng)通道傳輸延遲的不同，詳細(xì)的分析了不同傳輸延遲對(duì)運(yùn)動(dòng)基式和固定基式飛行模擬器的影響，發(fā)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)基式飛行模擬器對(duì)延遲變化的敏感度大于固定基式飛行模擬器對(duì)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(dòng)平臺(tái)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(duì)視景通道傳輸延遲進(jìn)行補(bǔ)償?shù)慕Y(jié)論。
　　針對(duì)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(cè)大偏差問(wèn)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(shí)時(shí)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(guò)程中協(xié)方差收斂矩陣存在的初始值奇異性問(wèn)題。實(shí)例驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)所提出的兩種補(bǔ)償方法對(duì)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(cè)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(cè)量投影儀傳輸延遲的飛行模擬器傳輸延遲測(cè)量實(shí)現(xiàn)方法，該方法使用具有高光敏特性的光電三級(jí)管測(cè)量電路并結(jié)合飛行控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)。使用該方法對(duì)自主研發(fā)的B737-800飛行模擬器進(jìn)行了傳輸延遲測(cè)量，得到了其平均傳輸延遲和最大傳輸延遲大小。
　　為了對(duì)傳輸延遲補(bǔ)償方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，開(kāi)

8、發(fā)出了一套飛行模擬器自動(dòng)測(cè)試與評(píng)估系統(tǒng)，從逼真度的角度對(duì)補(bǔ)償方法進(jìn)行了評(píng)價(jià)。該系統(tǒng)包括面向模擬器測(cè)試任務(wù)的測(cè)試項(xiàng)目文件、測(cè)試文件翻譯器、測(cè)試執(zhí)行程序、測(cè)試結(jié)果分析等全過(guò)程。與以往的飛行模擬器測(cè)試與評(píng)估系統(tǒng)不同，該系統(tǒng)包括了具體詳盡的實(shí)現(xiàn)過(guò)程和實(shí)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(dòng)測(cè)試與評(píng)估系統(tǒng)應(yīng)用于B737-800飛行模擬器上，從測(cè)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