飞行模拟器操纵负荷控制系统机械装置研究

发布时间：2017-10-23 22:07

  本文关键词：飞行模拟器操纵负荷控制系统机械装置研究

  更多相关文章： 操纵负荷 三维建模 动力学仿真 有限元分析 控制算法 可行性论证

【摘要】：操纵负荷系统是飞行模拟器中的关键机械结构之一。其作用是模拟真实飞机中飞行员操纵驾驶机构(主要指操纵杆、方向盘、脚踏板)时的真实力感,也就是提供操纵机构对驾驶员的反作用力。其产生力感的逼真度是飞行模拟器飞行训练水平的重要参数。本文通过对现有飞行模拟器操纵负荷系统中各类加载机构的总结和分析,发现现有机构的不足和弊端,找出问题所在。之后针对这些问题,制定所设计的新型加载机构所具备的特性和要达到的目标。通过分析对比,确定机构总体设计方案并绘制机构简图;进一步做出机构的详细设计计算,三维建模和二维图纸。将三维建模结果导入UG8.0运动仿真环境中,对模型进行动力学仿真分析获得仿真结果,分析仿真结果,以验证机构运动可行性和动力学可行性。以三维建模结果以及相关动力学仿真结果为依据,基于NX Nastran对机构的关键非标准零部件进行有限元分析,获得有限元分析结果,找出不符合许用应力和许用位移要求的零部件,进行优化设计使之满足许用值,以使机构满足材料强度和刚度要求。按照该加载机构执行功能时的特点,设计出一种改进的PID控制算法应用于该机构的控制。通过在计算机上利用LabVIEW平台对所设计的控制模型进行仿真,验证该控制算法的可行性。最终获得所设计加载机构的可行性论证,并对飞行模拟器相关技术研究做出展望。
【关键词】：操纵负荷 三维建模 动力学仿真 有限元分析 控制算法 可行性论证
【学位授予单位】：中国民航大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V216.8
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-18
• 1.1 研究背景和意义11-13
• 1.2 操纵负荷系统功能与基本原理13-14
• 1.3 国内外操纵负荷系统研究现状14-15
• 1.3.1 国外操纵负荷系统研究现状14-15
• 1.3.2 我国操纵负荷系统研究现状15
• 1.4 操纵负荷系统的分类及存在问题15-16
• 1.5 本课题所设计加载机构的设计要求16
• 1.6 本课题的主要研究内容16-18
• 第二章 机构总体设计方案确定18-21
• 2.1 动力源形式的探讨18-19
• 2.2 输出运动轨迹类型的探讨19
• 2.3 运动转化机构形式的探讨19-20
• 2.4 机构方案确定20-21
• 第三章 详细设计计算21-46
• 3.1 初始设计参数确定21-25
• 3.2 弹簧的设计计算25-28
• 3.2.1 弹簧设计初始条件确定25
• 3.2.2 根据工作条件选择材料并确定其许用应力25
• 3.2.3 根据强度条件计算弹簧钢丝的直径25-26
• 3.2.4 根据刚度条件，，计算弹簧圈数26
• 3.2.5 验算26-27
• 3.2.6 弹簧外形设计27-28
• 3.3 丝杠螺母的选型计算28-38
• 3.3.1 丝杠螺母选型初始条件确定28-29
• 3.3.2 导程精度与轴向间隙（预压）的确定29
• 3.3.3 丝杠轴的选型29-33
• 3.3.4 丝杠螺母的选型33-36
• 3.3.5 分析丝杠螺母的定位精度36
• 3.3.6 确定丝杠螺母型号36-38
• 3.4 伺服马达的选型计算38-43
• 3.4.1 确定所需旋转扭矩38-41
• 3.4.2 确定所需转速41
• 3.4.3 最小进给量的分析41
• 3.4.4 马达转动惯量的分析41
• 3.4.5 马达型号的确定41-43
• 3.5 轴承的选型计算43-46
• 3.5.1 轴承安置方式的分析43
• 3.5.2 选型计算43-44
• 3.5.3 轴承型号的确定44-46
• 第四章 三维建模与图纸绘制46-53
• 4.1 机构的三维建模46-49
• 4.1.1 关键零部件的三维造型46-47
• 4.1.2 其他零部件设计造型47-49
• 4.1.3 装配模型的建立49
• 4.2 机构的二维图纸生成49-52
• 4.2.1 产品图形数据交换标准49-50
• 4.2.2 生成机构的二维装配图和零件图50-52
• 4.3 机构工作过程52-53
• 第五章 机构动力学仿真与分析53-60
• 5.1 俯仰操纵动力学仿真模型的建立53-54
• 5.2 机构动力学仿真54-59
• 5.2.1 加载力最小工况的仿真54-58
• 5.2.2 极端工况的仿真58-59
• 5.3 动力学仿真结果分析59-60
• 第六章 关键部件的有限元分析与优化设计60-70
• 6.1 关键部件有限元分析60-64
• 6.1.1 有限元分析前处理60-61
• 6.1.2 解算以及后处理61-64
• 6.1.3 后处理结果分析64
• 6.2 相关结构优化64-67
• 6.2.1 确定优化位置64-65
• 6.2.2 实施优化设计65-66
• 6.2.3 优化设计结果验证66-67
• 6.3 结构刚度的进一步探讨67-70
• 第七章 加载装置控制系统的设计70-76
• 7.1 加载装置控制系统的特点70
• 7.2 PID控制算法70-71
• 7.3 PID控制算法的改进71-73
• 7.3.1 模拟PID控制的离散化72
• 7.3.2 输入滤波72-73
• 7.4 加载装置控制模型的建立73-74
• 7.5 控制模型的运行和结果分析74-76
• 第八章 总结与展望76-79
• 8.1 论文工作总结76-77
• 8.2 创新之处77
• 8.3 相关研究展望77-79
• 参考文献79-84
• 致谢84-85
• 作者简介85

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