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文檔簡介
1、近年來,隨著民航業(yè)的不斷發(fā)展,飛行培訓(xùn)的需求呈現(xiàn)日益強勁的態(tài)勢,面對傳統(tǒng)飛行模擬器高昂的采購價格和使用成本,航空界一直在尋求一種功能與傳統(tǒng)飛行模擬機相當(dāng),但購置和使用成本低廉的經(jīng)濟型飛行模擬器。為此,我們提出了“輕型飛行模擬器”的概念,這是一種輕巧緊湊、以軟件代替硬件的低成本模擬器,現(xiàn)在已經(jīng)完成了原理樣機的設(shè)計和制造。高性能的六自由度運動平臺是這種輕型飛行模擬器系統(tǒng)中的一個重要組成部分,它的設(shè)計目標(biāo)是能在普通層高的建筑物中進行布置,結(jié)構(gòu)
2、簡單,重量輕;利用電動執(zhí)行器實現(xiàn)較好的運動性能和加速度能力,能適應(yīng)人員和裝備的變化;能對運動感覺進行高性能的模擬;同時配備完善的軟件限制保護措施,使之能進行自我保護,并盡可能的不影響仿真效果或產(chǎn)生仿真中斷。本文針對運動平臺的目標(biāo)要求設(shè)計完成了一個完整的輕型飛行模擬器運動平臺控制系統(tǒng), 對并聯(lián)平臺的建模、模型參數(shù)辨識、平臺控制、動感模擬算法的設(shè)計優(yōu)化和運動保護系統(tǒng)的設(shè)計等一系列問題展開了研究。 本文的第一部分內(nèi)容主要集中于運動平臺
3、的建模、辨識與控制。首先對三種動力學(xué)建模方法進行了比較研究,對比了它們的計算復(fù)雜度和應(yīng)用場合等并研究了它們之間的等價關(guān)系。然后提出了使用UKF方法對并聯(lián)運動平臺進行參數(shù)辨識的方法,可以直接對非線性模型進行處理,而且精度很高。針對并聯(lián)運動平臺存在不確定性參數(shù)和外部擾動的情況,本文又提出了一系列自適應(yīng)控制算法保證運動平臺的控制性能。首先設(shè)計了自適應(yīng)滑模控制器將平臺的不確定性分為定常和時變的進行分別處理,然后進一步針對滑??刂破鞯母咴鲆骓棔?/p>
4、起抖振的問題,又設(shè)計了基于模糊干擾觀測器的自適應(yīng)模糊控制器。接下來本文在前面所設(shè)計的自適應(yīng)模糊控制器的基礎(chǔ)上將執(zhí)行器動力學(xué)的影響考慮進控制算法中,設(shè)計了運動平臺的自適應(yīng)模糊反步控制算法,可以保證整個系統(tǒng)的漸進穩(wěn)定,同時保持良好的跟蹤性能和抗干擾性能。最后針對電動飛行模擬器并聯(lián)運動平臺電動執(zhí)行器有限的驅(qū)動力,提出了一種針對執(zhí)行器飽和的軌跡跟蹤算法。這種方法結(jié)合使用了實時軌跡修正、帶飽和補償?shù)哪:蓴_觀測器和分支速度觀測器,使得存在外部干擾
5、和無分支速度測量情況下,平臺控制器始終工作在非飽和狀態(tài),保證了控制器的穩(wěn)定并保持了良好的跟蹤特性。 本文的第二部分內(nèi)容設(shè)計和優(yōu)化了輕型飛行模擬器的動感模擬算法。針對輕型飛行模擬器的特點選用了經(jīng)典洗出濾波器,然后本文利用運動平臺可達(dá)工作空間和所需工作空間需相匹配的原理,優(yōu)化了動感模擬算法的參數(shù),以保證能充分利用有限的并聯(lián)平臺運動空間達(dá)到逼真的動感模擬效果。 本文的第三個部分設(shè)計了輕型飛行模擬器的運動保護系統(tǒng)。在分支關(guān)節(jié)空間
6、設(shè)計了桿長限制算法,并針對任務(wù)空間運動在緩沖過程中容易發(fā)生錯誤運動這一問題對算法進行了改進。同時對于分支桿與平臺座艙之間的干涉和關(guān)節(jié)擺角干涉這類問題,又提出了任務(wù)空間的虛擬彈簧干涉緩沖算法,假設(shè)平臺構(gòu)件表面都覆蓋有虛擬彈簧,一旦構(gòu)件相互接近到一定程度,會產(chǎn)生虛擬彈簧力對接近運動進行阻礙。 本文的最后一部分針對輕型飛行模擬器設(shè)計了完整的性能測試的環(huán)境和流程,給出了性能指標(biāo)以及最終的測試結(jié)果。性能測試結(jié)果表明運動平臺具有良好的靜態(tài)和
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