基于FLIGHTLAB的飞行模拟器六自由度运动平台仿真及控制研究

发布时间：2017-12-16 14:30

  本文关键词：基于FLIGHTLAB的飞行模拟器六自由度运动平台仿真及控制研究

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【摘要】：飞行模拟器作为一种航空仿真设备,在飞行器研发测试及后续试飞实验中发挥着重要的作用。因为飞行模拟器可以模拟飞机的各种复杂的运动状态,为机组乘员提供逼真的飞行感觉,所以在飞行员培训方面取得的效果受到业内的普遍认可。飞行模拟器不但在飞行员培训方面发挥了重要的作用,设计人员还可以利用模拟器对飞机进行组装、集成和评估工作。模拟器还能够与真实飞行试验机一样开展同样的飞行测试,并且具有可控性、成本低、危险小的优点。六自由度运动平台是飞行模拟器运动系统的重要组成部分,要求能够反映飞机的线性和角运动,是模拟真实飞机运动的基础。本文根据飞行模拟器运动系统的设计要求,对飞行模拟器六自由度运动平台进行了运动学分析、结构设计和运动仿真验证工作。文中所设计的六自由度运动平台以Stewart并联机构为基础,进行运动学分析之后利用Pro/E软件完成对其结构的设计和运动仿真。通过控制6根电动杆的长度、角度及运动速度,实现上平台对飞机运动状态和瞬时过载感知的仿真功能,即可满足飞行员在模拟器中体验到类似真实飞机中的线性运动、角运动以及加速度感知的要求。通过运动学分析,建立了六自由度运动平台的位置正逆解数学模型,并利用MATLAB软件完成对平台位置的正逆解和速度、加速度分析及一阶、二阶影响系数分析等,为并联六自由度运动平台的参数设计和三维模型设计奠定了理论基础。运用Pro/Mechanism机构运动分析模块对所搭建的六自由度运动平台进行了零部件的约束定义,并完成了运动仿真分析,验证了所建立三维模型的合理性。对人体运动生理学进行了分析,通过深入理解人类运动感官,建立了人体运动感官的动态响应模型。为了尽量准确复现飞机的运动,提高飞行模拟器的逼真度,设计了高阶洗出滤波算法,配合人体运动生理学特性,在保证座舱运动不超过六自由度运动平台驱动系统机械限制的条件下,可以为飞行员提供持续的加速度运动感知。本文利用Pro/E软件完成了对六自由度运动平台的三维设计,并用Mechanism机构分析模块完成了对平台三维模型的运动仿真。最后利用FLIGHTLAB专业化软件的建模优势,使用该软件来搭建固定翼飞机的动力学模型,实现对固定翼飞机姿态的控制功能。通过试飞实验,输出飞机模型的运动参数,作为所建飞行模拟器六自由度运动平台的控制输入,通过MATLAB分析得出的运动仿真结果,验证了所设计的六自由度运动平台的结构设计的合理性以及用于飞行模拟器运动系统的可行性。本文所做的有关飞行模拟器六自由度运动平台的相关研究工作,为今后并联六自由度机构的运动学理论分析、结构参数设计、Pro/Mechanism运动仿真等方面提供了可以借鉴的理论和实践经验,可应用于汽车、船舶、并联机器人等模拟器运动系统的设计和仿真中,具有重要的意义。
【学位授予单位】：上海工程技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V216.8

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本文编号：1296402