飞行模拟器电动操纵负荷系统分析与设计

摘要

操纵负荷系统是飞行模拟器十分重要的组成部分，其主要功能是通过向操纵机构施加载荷，使飞行模拟器驾驶员感受到操纵力的反馈。操纵负荷系统加载性能的优劣，将直接影响飞行员的训练效果，而且对飞行品质的评估有极大影响。为了使飞行学员在模拟训练中获得正确的飞行经验，在飞行品质评估时得到客观的结论，必须依靠高逼真度和高可靠性的操纵负荷系统，这也是研制高质量飞行模拟器的关键。为了实现高临场感的飞行驾驶环境再现，本文以Boeing-737为原型，通过对操纵机构的拆解了解其传动原理、操纵参数，并对飞机主操纵系统进行CAD重构，设计与之匹配的电动操纵负荷加载机构。最后通过设计一套试验平台对PID控制算法、运行品质及控制性能作特定分析。
　　本文主要研究内容及成果如下:
　　(1)、介绍国内外操纵负荷系统发展情况，详细分析几种常用的力加载方式，比较他们的优缺点。论述了电动操纵负荷系统的加载原理及其组成。
　　(2)、通过对Boeing-737型飞机飞行操纵系统的分析，确定操纵负荷系统的总体设计方案，并对电动操纵负荷系统进行需求分析、关键零部件进行选型。
　　(3)、对电动操纵负荷系统的传动机构、消隙减速机构及超控机构进行详细分析和设计，并对加载机构主体进行CAD模拟装配。
　　(4)、确定反馈力建模方法，并给出反馈力的计算模型。通过对电动操纵负荷系统各个环节进行建模，得到电动操纵负荷系统的数学模型并建立系统仿真模型。
　　(5)、设计加载机构试验平台，通过试验的方法来研究电动操纵负荷系统控制算法、力加载效果及动态特性等。通过试验发现系统反馈力存在一定的震荡现象，加入PID控制算法并实验验证，达到改善系统工作性能的目的。

目录

摘要

注释表

第一章 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．1．1 课题概述

1．1．2 课题研究的意义

1．2 飞行模拟及操纵负荷系统发展概况

1．2．1 飞行模拟器简介

1．2．2 国外研究现状

1．2．3 国内研究现状

1．3 操纵负荷系统的工作原理

1．4 本文主要研究工作

第二章 操纵负荷系统分析及方案设计

2．1 飞行操纵系统分析

2．1．1 横滚操纵系统分析

2．1．2 俯仰操纵系统分析

2．1．3 偏航操纵系统分析

2．2 操纵负荷系统方案设计

2．2．1 传动方案设计

2．2．2 电动操纵负荷系统加载方案设计

2．3 关键元器件选型依据

2．3．1 执行电机的选型

2．3．2 驱动器的选型

2．3．3 传感器的选型

2．3．4 控制器的选型

第三章 电动加载机构设计

3．1 加载机构需求分析

3．1．1 横滚通道

3．1．2 俯仰通道和偏航通道

3．2 传动方案设计

3．2．1 滚珠丝杠传动

3．2．2 钢丝绳传动

3．2．3 齿轮齿条传动

3．2．4 小结

3．3 消隙减速机构设计

3．3．1 设计原理

3．3．2 结构设计及精度调整

3．3．3 机构特性

3．4 超控机构设计

第四章 操纵负荷系统数学模型建立

4．1 操纵机构建模

4．1．1 反馈力建模方法

4．1．2 反馈力计算模型

4．2 加载机构建模

4．2．1 伺服电机建模

4．2．2 拉压(扭转)传感器建模

4．2．3 传动机构建模

4．2．4 加载机构数学模型

第五章 操纵负荷系统试验验证

5．1 传感器标定

5．2 系统性能试验

5．2．1 试验原理

5．2．2 试验装置

5．2．3 计算机编程

5．2．4 试验分析

5．3 小结

第六章 总结与展望

6．1 工作总结

6．2 工作展望

参考文献

致谢