本文關(guān)鍵詞：基于FLIGHTLAB的飛行模擬器六自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)仿真及控制研究

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【摘要】：飛行模擬器作為一種航空仿真設(shè)備,在飛行器研發(fā)測(cè)試及后續(xù)試飛實(shí)驗(yàn)中發(fā)揮著重要的作用。因?yàn)轱w行模擬器可以模擬飛機(jī)的各種復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)狀態(tài),為機(jī)組乘員提供逼真的飛行感覺(jué),所以在飛行員培訓(xùn)方面取得的效果受到業(yè)內(nèi)的普遍認(rèn)可。飛行模擬器不但在飛行員培訓(xùn)方面發(fā)揮了重要的作用,設(shè)計(jì)人員還可以利用模擬器對(duì)飛機(jī)進(jìn)行組裝、集成和評(píng)估工作。模擬器還能夠與真實(shí)飛行試驗(yàn)機(jī)一樣開(kāi)展同樣的飛行測(cè)試,并且具有可控性、成本低、危險(xiǎn)小的優(yōu)點(diǎn)。六自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)是飛行模擬器運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的重要組成部分,要求能夠反映飛機(jī)的線性和角運(yùn)動(dòng),是模擬真實(shí)飛機(jī)運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)。本文根據(jù)飛行模擬器運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求,對(duì)飛行模擬器六自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)分析、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和運(yùn)動(dòng)仿真驗(yàn)證工作。文中所設(shè)計(jì)的六自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)以Stewart并聯(lián)機(jī)構(gòu)為基礎(chǔ),進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析之后利用Pro/E軟件完成對(duì)其結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和運(yùn)動(dòng)仿真。通過(guò)控制6根電動(dòng)桿的長(zhǎng)度、角度及運(yùn)動(dòng)速度,實(shí)現(xiàn)上平臺(tái)對(duì)飛機(jī)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和瞬時(shí)過(guò)載感知的仿真功能,即可滿足飛行員在模擬器中體驗(yàn)到類(lèi)似真實(shí)飛機(jī)中的線性運(yùn)動(dòng)、角運(yùn)動(dòng)以及加速度感知的要求。通過(guò)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析,建立了六自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的位置正逆解數(shù)學(xué)模型,并利用MATLAB軟件完成對(duì)平臺(tái)位置的正逆解和速度、加速度分析及一階、二階影響系數(shù)分析等,為并聯(lián)六自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的參數(shù)設(shè)計(jì)和三維模型設(shè)計(jì)奠定了理論基礎(chǔ)。運(yùn)用Pro/Mechanism機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析模塊對(duì)所搭建的六自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)進(jìn)行了零部件的約束定義,并完成了運(yùn)動(dòng)仿真分析,驗(yàn)證了所建立三維模型的合理性。對(duì)人體運(yùn)動(dòng)生理學(xué)進(jìn)行了分析,通過(guò)深入理解人類(lèi)運(yùn)動(dòng)感官,建立了人體運(yùn)動(dòng)感官的動(dòng)態(tài)響應(yīng)模型。為了盡量準(zhǔn)確復(fù)現(xiàn)飛機(jī)的運(yùn)動(dòng),提高飛行模擬器的逼真度,設(shè)計(jì)了高階洗出濾波算法,配合人體運(yùn)動(dòng)生理學(xué)特性,在保證座艙運(yùn)動(dòng)不超過(guò)六自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)機(jī)械限制的條件下,可以為飛行員提供持續(xù)的加速度運(yùn)動(dòng)感知。本文利用Pro/E軟件完成了對(duì)六自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的三維設(shè)計(jì),并用Mechanism機(jī)構(gòu)分析模塊完成了對(duì)平臺(tái)三維模型的運(yùn)動(dòng)仿真。最后利用FLIGHTLAB專(zhuān)業(yè)化軟件的建模優(yōu)勢(shì),使用該軟件來(lái)搭建固定翼飛機(jī)的動(dòng)力學(xué)模型,實(shí)現(xiàn)對(duì)固定翼飛機(jī)姿態(tài)的控制功能。通過(guò)試飛實(shí)驗(yàn),輸出飛機(jī)模型的運(yùn)動(dòng)參數(shù),作為所建飛行模擬器六自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的控制輸入,通過(guò)MATLAB分析得出的運(yùn)動(dòng)仿真結(jié)果,驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)的六自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性以及用于飛行模擬器運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的可行性。本文所做的有關(guān)飛行模擬器六自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的相關(guān)研究工作,為今后并聯(lián)六自由度機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)理論分析、結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)、Pro/Mechanism運(yùn)動(dòng)仿真等方面提供了可以借鑒的理論和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),可應(yīng)用于汽車(chē)、船舶、并聯(lián)機(jī)器人等模擬器運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和仿真中,具有重要的意義。
【學(xué)位授予單位】：上海工程技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：V216.8

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本文編號(hào)：1296402