直升机模拟器的操纵力感控制系统研究
发布时间：2021-07-09 19:34
直升机模拟器是一种能够逼真地模拟直升机在地面和空中运动的航空试验设备,它不仅能够培训飞行员常规的直升机操纵技能,还能训练飞行员应对极端恶劣天气、飞机严重故障等特殊飞行场合的能力。直升机操纵力感控制系统作为飞行员与直升机模拟器之间的交互系统,主要作用是模拟飞行的过程中飞行员受到的操纵力感。飞行员驾驶直升机模拟器的过程中,需要操纵直升机模拟器的操纵杆,与此同时会感受到实时的反馈力。直升机模拟器的操纵力感控制系统需要确保飞行员的操纵力感与操纵直升机时相同。国内现有的直升机模拟器操纵力感控制系统发展缓慢、有待提高。低成本、高精端的操纵力感控制系统难以开发,导致此领域长期受到发达国家的技术垄断。因此,本论文深入研究了飞行员操纵直升机时的操纵力感及其实现方式,基于直升机模拟器上的二自由度电动式操纵杆,设计了直升机操纵力感控制算法,用来模拟飞行员在驾驶直升机时受到的反馈力,使得飞行员有良好的力觉临场感。论文主要完成了以下工作:（1）建立了直升机模拟器操纵杆的动力学模型。进行了直升机模拟器上二自由度电动式操纵杆的动力学分析,得到了驱动力矩关于重力矩、摩擦力矩、操纵力矩以及操纵杆运动角度之间的表达式。（...
【文章来源】：燕山大学河北省
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
T-50“金鹰”战斗机操纵杆
第1章绪论-3-目前，国外的飞行模拟器操纵力感控制系统的研究已经非常成熟，并且基本实现了全数字化。与传统的操纵力感控制系统相比，全数字化的操纵系统优点明显。全数字式计算机运算速度快，能够较好地保证控制进程的实时性，可以很好地稳定控制周期。工作人员编程也比较方便，容易发现问题并进行修正，还可以根据现实情况随时调整控制算法的模型和参数。另外，全数字化的操纵力感控制系统更为稳定，不容易发生偏差，并且与现代计算机学科交叉，适用范围更广[4]。德国WITTENSTEIN公司基于T-50“金鹰”战斗机开发的操纵杆如图1-1所示，操纵杆包括齿轮箱单元、机械备用系统以及每个轴上带有的位置传感器等机电和检测元件，包装十分紧凑。FSC公司设计的A320操纵杆如图1-2所示，操纵杆完全用金属制成，性能可靠，还原程度高，目前很多大型航空公司的飞行模拟器均使用这款操纵杆供学员训练。2016年，法国图卢兹大学和法国航空航天大学合作研发了一款基于有限转角的操纵杆，其操纵力感控制系统采用了有限转角的永磁同步电机，控制方法如图1-3所示。操纵杆采用的自适应最优滑膜控制器，能够实现高精度的位置控制，具有很强的鲁棒性[5]。图1-1T-50“金鹰”战斗机操纵杆图1-2A320操纵杆
燕山大学工学硕士学位论文-6-图1-5数字式操纵系统实物图[12]1.3操纵力感控制系统相关技术的研究现状1.3.1操纵力跟踪技术的研究现状操纵力感控制系统研究的目的是为了实现精确的力感模拟效果，给飞行员提供驾驶真实直升机时的操纵力感。其中，最为关键的是操纵力的跟踪效果。要达成良好的跟踪效果，需要选择合适的控制方法，保证力感控制系统的性能与品质。国内外诸多学者都针对设备与环境之间作用力的跟踪控制方法进行了深入的研究，提出了各种能够达到要求的控制算法。目前，业界主流的控制算法主要有：PID控制、模糊自适应控制、神经网络、阻抗控制等。沈阳航空航天大学的陈志勇设计了电动操纵力感控制系统，其中采用了PID控制器来实现操纵力对期望力的力跟踪[13]。Tung在控制器中加入了自适应模糊算法，这种控制方法能够在线优化控制规则[14]。Li在未知的环境下，利用神经网络的控制方法实现了力跟踪[15]。阻抗控制作为机器人领域实现柔顺控制的方法，可以用来描述设备与环境之间的动力学特性，使得设备能够以期望的阻抗特性表现出对外界力作用的顺应运动能力，并能够实现操纵力对期望力的跟踪。Seul提出了一种自适应阻抗控制算法，能够预测目标的位置，并在线实时调整补偿位置以及动力学模型的参数大小，从而确保对期望力的稳定跟踪，减小力跟踪误差[16]。李铁军在对幕墙安装机器人的力控算
【参考文献】：
期刊论文
[1]电动直线负载模拟系统建模与混合校正分析[J]. 雷建杰,刘博,范元勋,张梦骏. 机床与液压. 2019(19)
[2]协作机器人关节摩擦特性辨识与补偿技术[J]. 陶岳,赵飞,曹巨江. 组合机床与自动化加工技术. 2019(04)
[3]关于幕墙安装机器人的力控制算法性能分析[J]. 李铁军,张改萍,杨冬,沈永旺. 机械设计与制造. 2018(11)
[4]机器人关节摩擦建模与补偿研究[J]. 吴晓敏,刘暾东,贺苗,高凤强,邵桂芳. 仪器仪表学报. 2018(10)
[5]电动式操纵负荷系统多余力抑制技术研究[J]. 赵子豪,赵永嘉. 计算机仿真. 2018(05)
[6]基于LuGre摩擦模型的转台伺服系统自适应摩擦补偿研究[J]. 郭远韬,闵斌,陈斌. 上海航天. 2017(06)
[7]Stribeck模型自适应滑模摩擦补偿控制[J]. 向红标,王收军,张春秋,李醒飞. 中国测试. 2015(09)
[8]库卡与科尔摩根实现紧凑型机器人的电机优化[J]. Thorsten Sienk. 工具技术. 2015(06)
[9]基于改进型LuGre模型的自适应滑模摩擦补偿方法[J]. 谭文斌,李醒飞,裘祖荣,向红标,张晨阳. 天津大学学报(自然科学与工程技术版). 2015(05)
[10]飞行模拟机操纵负荷系统操纵力建模与仿真[J]. 杨永欣. 电光与控制. 2014(09)
博士论文
[1]飞行模拟器操纵负荷系统力感模拟的研究[D]. 赵劲松.哈尔滨工业大学 2013
[2]飞行模拟器操纵负荷系统关键技术及原理样机研制[D]. 王辉.天津大学 2007
[3]基于信号特征的数控交流伺服进给系统摩擦建模与补偿研究[D]. 袭著燕.山东大学 2006
硕士论文
[1]电动操纵负荷系统建模仿真与控制技术研究[D]. 郑培文.中北大学 2019
[2]基于QT的工业机器人人机交互系统的设计[D]. 甘万正.浙江工业大学 2019
[3]基于阻抗控制的机器人力控制技术研究[D]. 丁润泽.哈尔滨工业大学 2018
[4]基于力矩电机的飞行模拟器通用操纵负荷系统设计[D]. 陈志勇.沈阳航空航天大学 2018
[5]直驱式电液伺服系统摩擦补偿研究[D]. 张瀚驰.哈尔滨工程大学 2018
[6]通用力反馈设备的自适应阻抗控制仿真研究[D]. 温彬彬.北京交通大学 2017
[7]直升机模拟器的电驱动操纵负荷系统研究[D]. 赵苗苗.吉林大学 2017
[8]数控机床伺服进给系统的摩擦力辨识与控制补偿研究[D]. 韩岩.哈尔滨工业大学 2017
[9]电动负载模拟器的控制系统研究[D]. 李瑞.中北大学 2013
[10]伺服系统摩擦补偿问题研究[D]. 徐宏扬.哈尔滨工业大学 2012
本文编号：3274358
【文章来源】：燕山大学河北省
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
T-50“金鹰”战斗机操纵杆
第1章绪论-3-目前，国外的飞行模拟器操纵力感控制系统的研究已经非常成熟，并且基本实现了全数字化。与传统的操纵力感控制系统相比，全数字化的操纵系统优点明显。全数字式计算机运算速度快，能够较好地保证控制进程的实时性，可以很好地稳定控制周期。工作人员编程也比较方便，容易发现问题并进行修正，还可以根据现实情况随时调整控制算法的模型和参数。另外，全数字化的操纵力感控制系统更为稳定，不容易发生偏差，并且与现代计算机学科交叉，适用范围更广[4]。德国WITTENSTEIN公司基于T-50“金鹰”战斗机开发的操纵杆如图1-1所示，操纵杆包括齿轮箱单元、机械备用系统以及每个轴上带有的位置传感器等机电和检测元件，包装十分紧凑。FSC公司设计的A320操纵杆如图1-2所示，操纵杆完全用金属制成，性能可靠，还原程度高，目前很多大型航空公司的飞行模拟器均使用这款操纵杆供学员训练。2016年，法国图卢兹大学和法国航空航天大学合作研发了一款基于有限转角的操纵杆，其操纵力感控制系统采用了有限转角的永磁同步电机，控制方法如图1-3所示。操纵杆采用的自适应最优滑膜控制器，能够实现高精度的位置控制，具有很强的鲁棒性[5]。图1-1T-50“金鹰”战斗机操纵杆图1-2A320操纵杆
燕山大学工学硕士学位论文-6-图1-5数字式操纵系统实物图[12]1.3操纵力感控制系统相关技术的研究现状1.3.1操纵力跟踪技术的研究现状操纵力感控制系统研究的目的是为了实现精确的力感模拟效果，给飞行员提供驾驶真实直升机时的操纵力感。其中，最为关键的是操纵力的跟踪效果。要达成良好的跟踪效果，需要选择合适的控制方法，保证力感控制系统的性能与品质。国内外诸多学者都针对设备与环境之间作用力的跟踪控制方法进行了深入的研究，提出了各种能够达到要求的控制算法。目前，业界主流的控制算法主要有：PID控制、模糊自适应控制、神经网络、阻抗控制等。沈阳航空航天大学的陈志勇设计了电动操纵力感控制系统，其中采用了PID控制器来实现操纵力对期望力的力跟踪[13]。Tung在控制器中加入了自适应模糊算法，这种控制方法能够在线优化控制规则[14]。Li在未知的环境下，利用神经网络的控制方法实现了力跟踪[15]。阻抗控制作为机器人领域实现柔顺控制的方法，可以用来描述设备与环境之间的动力学特性，使得设备能够以期望的阻抗特性表现出对外界力作用的顺应运动能力，并能够实现操纵力对期望力的跟踪。Seul提出了一种自适应阻抗控制算法，能够预测目标的位置，并在线实时调整补偿位置以及动力学模型的参数大小，从而确保对期望力的稳定跟踪，减小力跟踪误差[16]。李铁军在对幕墙安装机器人的力控算
【参考文献】：
期刊论文
[1]电动直线负载模拟系统建模与混合校正分析[J]. 雷建杰,刘博,范元勋,张梦骏. 机床与液压. 2019(19)
[2]协作机器人关节摩擦特性辨识与补偿技术[J]. 陶岳,赵飞,曹巨江. 组合机床与自动化加工技术. 2019(04)
[3]关于幕墙安装机器人的力控制算法性能分析[J]. 李铁军,张改萍,杨冬,沈永旺. 机械设计与制造. 2018(11)
[4]机器人关节摩擦建模与补偿研究[J]. 吴晓敏,刘暾东,贺苗,高凤强,邵桂芳. 仪器仪表学报. 2018(10)
[5]电动式操纵负荷系统多余力抑制技术研究[J]. 赵子豪,赵永嘉. 计算机仿真. 2018(05)
[6]基于LuGre摩擦模型的转台伺服系统自适应摩擦补偿研究[J]. 郭远韬,闵斌,陈斌. 上海航天. 2017(06)
[7]Stribeck模型自适应滑模摩擦补偿控制[J]. 向红标,王收军,张春秋,李醒飞. 中国测试. 2015(09)
[8]库卡与科尔摩根实现紧凑型机器人的电机优化[J]. Thorsten Sienk. 工具技术. 2015(06)
[9]基于改进型LuGre模型的自适应滑模摩擦补偿方法[J]. 谭文斌,李醒飞,裘祖荣,向红标,张晨阳. 天津大学学报(自然科学与工程技术版). 2015(05)
[10]飞行模拟机操纵负荷系统操纵力建模与仿真[J]. 杨永欣. 电光与控制. 2014(09)
博士论文
[1]飞行模拟器操纵负荷系统力感模拟的研究[D]. 赵劲松.哈尔滨工业大学 2013
[2]飞行模拟器操纵负荷系统关键技术及原理样机研制[D]. 王辉.天津大学 2007
[3]基于信号特征的数控交流伺服进给系统摩擦建模与补偿研究[D]. 袭著燕.山东大学 2006
硕士论文
[1]电动操纵负荷系统建模仿真与控制技术研究[D]. 郑培文.中北大学 2019
[2]基于QT的工业机器人人机交互系统的设计[D]. 甘万正.浙江工业大学 2019
[3]基于阻抗控制的机器人力控制技术研究[D]. 丁润泽.哈尔滨工业大学 2018
[4]基于力矩电机的飞行模拟器通用操纵负荷系统设计[D]. 陈志勇.沈阳航空航天大学 2018
[5]直驱式电液伺服系统摩擦补偿研究[D]. 张瀚驰.哈尔滨工程大学 2018
[6]通用力反馈设备的自适应阻抗控制仿真研究[D]. 温彬彬.北京交通大学 2017
[7]直升机模拟器的电驱动操纵负荷系统研究[D]. 赵苗苗.吉林大学 2017
[8]数控机床伺服进给系统的摩擦力辨识与控制补偿研究[D]. 韩岩.哈尔滨工业大学 2017
[9]电动负载模拟器的控制系统研究[D]. 李瑞.中北大学 2013
[10]伺服系统摩擦补偿问题研究[D]. 徐宏扬.哈尔滨工业大学 2012
本文编号：3274358
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