论文部分内容阅读
飞行模拟器是在地面模拟飞行器在空中飞行和地面运动的设备,可以应用于飞行员培训、新机研制和事故分析等领域,具有安全、可靠、经济、方便、工作效率高且不受场地和气候条件的限制的特点。六自由度运动平台作为飞行模拟器的重要组成部分,负责向模拟器驾驶员提供与真实飞机飞行时相似的运动感觉,对模拟器模拟飞行的逼真度和效果有重要影响。实现与真实飞行相似的运动感觉主要依赖于运动平台对期望动力学指标,特别是加速度指标的跟踪能力和控制效果。由于运动平台的运动空间有限,现有方法一般通过设计洗出滤波算法得到期望加速度指标,通过积分,最终化为对运动平台的位置控制,加速度指标跟踪效果往往较差,直接影响了平台的运动感觉模拟效果。本文针对实验室前期研制的飞行模拟器“轻舟一号”,采用基于力传感器的运动平台加速度求解方法,对该模拟器运动平台的控制进行研究:1.根据动力学控制原理设计并完成了基于逆动力学前馈的加速度控制器,该控制器由逆动力学前馈和运动平台的状态反馈两个部分组成。详细推导了飞行模拟器运动平台的动力学建模,并由模型推导出了逆动力学前馈中运动平台的运动状态和驱动力之间的关系。采用力传感器测量得到运动平台的动平台和驱动杆之间的作用力,利用平台的动力学模型推导出这个力与运动平台加速度之间的关系,与期望加速度构成运动平台的状态反馈。2.介绍了飞行模拟器体感模拟算法,选用经典的运动洗出算法,根据运动平台的可达空间确定洗出算法有关参数,为运动平台的控制提供了期望轨迹。3.运用Matlab模块化建模方法建立了“轻舟一号”的SimMechanics可视化三维模型,并分别在关节空间和任务空间设计了运动学控制器,对期望轨迹进行了跟踪仿真实验,进行模型验证。4.整合洗出算法、运动平台的SimMechanics模型和基于逆动力学前馈的加速度控制器构成伺服回路,设计了与PD位置控制器对比、参数选择、轨迹跟踪等仿真实验,结果表明基于逆动力学前馈的加速度控制器加速度跟踪性能优于普通位置控制器。本文的研究工作为今后飞行模拟器的加速度跟踪控制、运动平台动力学模型的建立、洗出滤波算法、Matlab仿真等方面的研究提供了可以借鉴的理论和实践经验。