六自由度运动模拟器评估方法的研究

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六自由度平台可以实现空间中六个自由度的复杂运动,常用于模拟各种载体的运动。在航空重力梯度仪的研制过程中,需要在载体动态环境下验证其关键技术及动态测试性能。本文选择六自由度平台作为基础平台,旨在通过六自由度平台模拟各类载体如飞机、汽车和轮船等的运动,从而为梯度仪提供动态测试环境。主要解决两方面的问题:参与野外车载测试,获取载体的运动数据,分析载体的运动特性;在实验室环境下,使用六自由度平台对载体运动进行了模拟仿真并评估其模拟逼真度。针对重力梯度仪动态测试的需求,本文首先对多种运动模拟器进行调研,选择了法国SYMETRIE公司的MISTRAL 800平台;其次针对实际的测试需求,选择了相应的传感器包括加速度计以及惯性导航系统,并且分析了传感器的性能参数;而后参与野外车载测试,获取了载体的运动数据,包括加速度和姿态角。为满足平台的数据格式要求,将载体加速度数据转换为位移数据,对比了时域积分和频域积分两种方法,频域积分更加适合实际的需求。测试结果显示六自由度平台能够很好地模拟车载角运动及0.2 Hz至10 Hz频段的加速度。根据载体的实际运动与测试分析,验证了运动模拟得到的加速度数据中低频段(低于0.2 Hz)主要成分是姿态角引入的重力加速度分量。论文针对运动模拟逼真度的评估,调研了主流的评估方法,针对具体的应用环境,分别建立了传感器—载体回路和传感器—六自由度平台回路,选取回路中传感器采集的六个自由度的输出数据作为评价指标进行模拟逼真度的评估。该方法从频域角度出发,得到六自由度平台的模拟逼真度为93%。本文从仪器及传感器的选型到车载数据的采集,再经MISTRAL 800平台对载体运动进行模拟,通过对模拟数据的详细分析,最终得到平台的模拟逼真度,为航空重力梯度仪的动态测试奠定了基础,并且对六自由度平台的动态性能有了更深入的了解。
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