工程车辆并联运动模拟平台体感算法研究

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由于工程车辆正在向大型化、重载化的方向发展,运动模拟器以其安全可靠性高、不受气象等外部条件限制等优点成为为驾驶员训练和车辆研发过程中不可缺少的试验仿真设备。体感算法(又称洗出算法)作为运动模拟器的关键技术,直接决定动感模拟的逼真效果。本文利用实验室已有的工程车辆运动模拟平台,研究体感算法,并进行仿真和实验分析。首先对本课题所选用的Stewart平台的自由度进行计算,并建立了坐标系,分析了坐标变换以及运动学反解的过程,并通过定步长搜索法利用平台数据计算出该平台的工作空间,为洗出算法参数调整及实验验证提供了依据。其次介绍了人体运动感知模型,并以传递函数的形式给出了耳石和半规管的数学模型。介绍了经典洗出算法的结构及原理,并对洗出算法各环节进行设计。分析了各个滤波器的作用,确定了滤波器的阶数及参数。利用Simulink搭建经典洗出算法模型,通过计算机仿真,对经典洗出算法的性能进行了分析。经典洗出算法基本能模拟给定的加速度信号,且满足车辆运动模拟平台运动范围的限制。但是经典洗出算法参数固定,在复杂工况下不能充分利用平台的工作空间,无法提供高逼真度的动感模拟。基于经典洗出算法,引入了自适应洗出算法,该算法能够根据输入信号的不同实时调整滤波器的参数,满足复杂工况下高性能动感模拟的需求。考虑到动感模拟效果及平台运动范围的限制,建立了代价函数;分析了自适应滤波器的稳定性,由于随着输入信号的增大,自适应滤波器的输出会变得发散,对自适应律进行了改进,消除了这一缺陷;此外,讨论了自适应权重对自适应滤波器的影响;阐述了自适应洗出算法的调试方法。最后,对洗出算法的模拟滤波器进行了离散化,以实现控制代码的编写;介绍了模拟平台的总体结构;设计了控制方案,编写了控制软件;利用Unity3D引擎开发的驾驶环境,对改进后的自适应洗出算法进行了实验,验证了其良好的性能。
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