风洞试验WDPSS支撑的模型运动控制建模仿真与实现

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绳牵引并联机构WDPSS是一种新型低速风洞试验的模型支撑系统,其因灵活度高、模型支撑刚度大、对流场干扰小等诸多优点而逐渐被认识和认可。本文针对该机构进行了运动控制的建模与仿真,根据风洞试验的要求开发了控制系统相关功能模块,并对视觉系统采集信号进行了有效滤波,为将WDPSS的工程应用奠定了基础。本文完成的研究工作与成果如下所述。  首先,针对WDPSS-8原理样机,进行了运动学与动力学分析。通过运动学逆解分析得出绳长与飞机模型位姿之间的关系,根据驱动系统结构特点建立其动力学模型,利用牛顿-欧拉法建立飞机模型的动力学模型。综合上述分析建立整个系统的动力学模型。为后续的运动控制仿真奠定基础。  其次,对WDPSS-8原理样机进行了全闭环控制方案的设计,包括控制对象的选取与控制规律的设计,系统全闭环控制原理方框图的建立,控制系统状态空间表达式的推导。在MATLAB环境下,完成了运动控制仿真算法的设计,以飞机模型做俯仰运动为例进行了仿真计算,并分析了绳拉力调节因子对绳拉力的影响。对飞机模型做俯仰运动时的系统刚度及其影响因素进行了分析,提出了增强系统刚度的方案并进行了验证。  接着采用C/C++语言开发了一键“智能回零”的功能,使WDPSS-8样机中的模型快速回到零位姿状态,极大地提高了风洞试验效率。同时,开发了六自由度运动控制模块,包括可快速实现飞机模型特定运动的“特定轨迹运动”模块和可灵活实现空间中任意点到点运动的“自主运动”模块,并通过试验对该模块进行了验证。  最后,基于系统实时运动控制的需要,针对视觉系统采集的飞机模型位姿信号,对比分析了不同的滤波方法,优选了前向均值滤波法对模型做俯仰运动的视觉信号进行滤波,并获得了良好的效果。  本文的研究成果为进一步发展用于风洞试验的绳牵引并联机构提供了有力的技术支持。
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