新型飞行模拟器体感模拟与控制算法研究

摘要

针对新型飞行模拟器，提出了一种体感模拟算法和运动控制算法，在模拟器有限的工作空间内为飞行员提供逼真的动感，并基于虚拟联合仿真系统，完成机构的运动与控制的联合仿真，验证算法的准确性，具体从以下三个方面进行研究。
　　首先，结合经典洗出算法、新机构的运动特性以及人体的感知门限，提出了关于新型飞行模拟器的体感模拟算法，新的体感模拟算法与经典洗出算法的流程基本一致，只增加了一个低通角速度滤波通道，通过模拟经典方波曲线、起飞降落曲线以及眼镜蛇动作曲线，证明算法可以同时处理大姿态和小姿态飞行动作的洗出。体感模拟算法的难点是滤波器的选择和参数整定，通过单点迭代法和时域法求解滤波器的截止频率和阻尼比。
　　其次，研究飞行模拟器的运动控制系统与控制策略，控制系统的研究侧重PID参数整定、速度和加速度前馈条件以及单轴运动系统的建模等，结合传统并联机构控制方法，利用位置控制中的绝对运动和相对运动实现机构的多轴联动。控制策略的研究侧重运动学分析与建模仿真，结合机构的运动特性，针对不同飞行动作提出不同的解算方法。
　　最后，构建虚拟联合仿真系统，将控制算法与机构运动相结合，验证算法的准确性，本文采用MATLAB/Simmechanics与Pro/E进行联合仿真，将MATLAB中的数据实时地输入到Pro/E的运动系统中，完成虚拟联合运动控制，利用Pro/E的运动系统代替运动学的正反解，准确地计算出机构的驱动参数和位置参数，应用到伺服控制系统中，实施运动控制。

目录

声明

致谢

摘要

1 引言

1．1 飞行模拟器研究背景及意义

1．2 飞行模拟器体感模拟现状

1．3 并联机构控制方法现状

1．4 虚拟联合仿真研究现状

1．5 研究内容与方法

2 新型飞行模拟器洗出算法研究

2．1 飞行模拟器运动平台简介

2．2 飞行模拟器洗出算法提出

2．3 坐标变换环节设计

2．4 滤波环节设计

2．4．1 低通加速度滤波通道设计

2．4．2 高通加速度滤波通道设计

2．4．3 低通角速度滤波通道设计

2．5 洗出算法验证

2．6 前置滤波环节设计

2．7 洗出算法评价模型建立

2．8 本章小结

3 飞行模拟器控制系统研究

3．1 传统并联机构控制方法

3．2 机构控制系统研究

3．2．1 机构控制方法研究

3．2．2 伺服控制系统研究

3．3 本章小结

4 飞行模拟器控制策略研究

4．1 飞行模拟器运动学仿真

4．1．1 飞行模拟器运动学分析

4．1．2 机构运动学建模

4．2 飞行模拟器运动学仿真

4．2．1 位置与速度控制研究

4．2．2 不同姿态控制策略研究

4．2．3 控制策略验证

4．3 本章小结

5 虚拟联合运动控制系统研究

5．1 虚拟联合仿真原理

5．2 飞行模拟器联合仿真系统建立

5．3 基于联合仿真的位置分析

5．4 联合仿真系统验证

5．5 联合控制系统建立

5．6 本章小结

6 结论与展望

参考文献

附录

作者简历及攻读硕士／博士学位期间取得的研究成果

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