飞行模拟器六自由度运动系统的关键技术及研究现状

作为飞行模拟器载体的并联六自由度运动系统是飞行模拟器非常重要的组成部分。其本质是由数字计算机实时控制并能提供俯仰、滚转、偏航、升降、纵向和侧向平移的六自由度瞬时过载仿真设备。本文从研制者的角度出发，评述了研制高性能飞行模拟器六自由度运动系统所需的关键技术及其国内外的研究进展。结合样机设计与制造的实践经验，提出亟需解决的若干理论与技术问题，以及解决这些问题的可行途径。     

飞行模拟器运动系统误差分析与标定

为了解决飞行模拟器运动系统的精度问题,利用Creaform公司的C-Track双摄像头传感器和VxtrackTM动态跟踪模块,对某大型运输机飞行模拟器的六自由度运动平台进行运动学误差分析和标定.根据运动学方程和并联机构的闭环特性,建立运动学误差模型.采用区间分析的方法对得到的测量数据进行处理,对该模型进行有效的验证.得到了结构参数是影响位姿误差的主要因素,并采用修改输入参数的方法对误差进行了补偿,取得了很好的效果,对运动系统精度提高做了有益探索.     

基于Flightgear模拟器的实时可视化飞行仿真系统

针对国外某型无人飞行器,建立了非线性六自由度飞行模型和自主导航控制系统,在此基础上,利用Flightgear飞行模拟器外部数据输入/输出接口,将飞行仿真数据通过网络实时传递,驱动Flightgear可视化引擎,实现飞行仿真中,飞行姿态、天气条件和地理环境的三维实时可视化显示。仿真试验表明,该可视化飞行仿真系统可扩展性强,开发周期短,系统建设简单,使用方便,为今后的深入研究打下了良好基础。     

基于Matlab的某型固定翼飞行器飞行仿真系统开发

按照飞行模拟器的要求,建立了飞行仿真系统模型,包括六自由度全量运动方程模块、气动参数模块、发动机模块、起落架模块、环境模块、机体轴合外力/力矩模块等.该系统能够根据驾驶杆的输入,响应飞机当前的状态.用死区定值法解决了六自由度方程奇异点的问题.设计了基于遗传算法的配平方法,使初始飞行状态更接近平衡点.在Simulink环境下实现各模块的功能,进行定常直线、水平盘旋、翻筋斗等仿真实验.结果表明模型的初始状态接近平衡点,计算过程稳定,克服了飞行动力学仿真的奇异值问题,能够真实地反映飞机的实际特性.     

基于混合现实的新型轻量级飞行模拟器系统

编队训练和人-座舱的自然交互是研制飞行模拟器的关键技术问题.介绍了一套基于混合现实技术研制的具有虚实融合座舱视景的轻量级飞行模拟器系统.该系统的创新之一是使用基于多固定摄像机的虚实融合方法,采用2D四点纹理映射技术将多个摄像机摄取的座舱端交互区域的真实图像添加到虚拟座舱环境中.创新之二是可逼真地模拟真实的编队训练.系统初步试验结果表明,所研制的轻量级飞行模以器系统增强了学员对飞行座舱环境的真实理解,提高了人-座舱的自然交互能力,在编队多机科目训练方面具有突出的优势,是大型飞行模拟器的有效补充.     

六自由度跳伞模拟训练系统设计与实现

针对当前的跳伞模拟平台无法全方位还原跳伞各阶段六自由度运动过程的问题,设计并实现了六自由度跳伞模拟训练系统。设计了模拟器的体系结构,并说明了跳伞运动解算、六自由度运动平台、操纵负荷、虚拟现实视景、体感营造、教员控制台等分系统的实现。该系统通过引入六自由度电动平台,带动受训者模拟跳伞各种姿态,帮助受训人员掌握跳伞操纵动作,增强姿态保持能力;利用虚拟现实技术,还原三维跳伞场景,训练临场感强、效果逼真,对提高跳伞训练质效、促进部队战斗力建设具有重要意义。     

ARJ21飞机工程模拟器关键技术研究

飞行模拟器的研制是一个复杂的工程.通常按功能分为工程型飞行模拟器和训练型飞行模拟器.分析了工程型飞行模拟器与训练型飞行模拟器的区别,工程型飞行模拟器的技术现状和发展趋势,重点分析研究ARJ21飞机工程模拟器的关键技术,包括总体设计、工程师平台.工程模拟器可以及时分析解决飞机试飞后发现的技术问题;使飞行员及早参与飞机的设计研制工作.ARJ21飞机工程模拟器的成功研制,为后续大型客机模拟器的研制奠定了基础.     

基于飞行工程模拟器的视景系统有效性研究

介绍了自主研制的飞行工程模拟器视景系统,并以该系统为研究对象讨论了影响视景系统有效性的关键因素。对于大型场景,提出采用分块调度和实时修正的动态数据管理策略解决了飞行仿真中有限的硬件处理能力与不断增长的大地形仿真之间的矛盾。试验测试证明,驾驶员能够根据OTW场景内容准确的判断仿真飞机姿态、机场位置、地面和空中目标等,从而高效完成相关试验科目和飞行任务。     

歼击机飞行员三轴加速度过载建模与仿真研究

持续载荷飞行仿真平台是一种新型飞行模拟器,为了能够精确控制该模拟器的运动系统,需要解决飞行员的三轴加速度过载的计算问题。通过对模拟器运动系统以及飞行员的运动规律分析,运用理论力学的知识,推导出歼击机飞行员三轴加速度过载的数学模型。最后对该模型进行了数字仿真,并用实验方法对仿真结果进行了检验,显示该数学模型正确合理,能够作为解决上述问题。     

一种研究型民机飞行模拟器设计与实现

飞行模拟器是一个复杂的人-机实时仿真系统,已被广泛用于飞行训练和飞机研制.首先论述了民机飞行模拟器的发展特点,然后介绍了本实验室研制和开发的研究型民机飞行模拟器.采用可扩展结构框架、模块化设计方法.重点研究了飞行管理计算机系统的飞行计划控制、导航计算和信息显示功能,完善了自动飞行控制系统、发动机系统的建模,设计并实现了综合电子显示系统的显示方案.最后,进行了总结.     

飞行模拟机操纵负荷系统试验研究

飞行模拟机操纵负荷系统是飞行模拟机的重要组成部分,向飞行员提供逼真的力感模拟。以飞机操纵系统为原型给出了飞行模拟机操纵负荷系统的模拟原理,建立了由低摩擦作动筒组成的三通道液压驱动数字式操纵负荷系统,根据数学模型借助快速控制原型技术和Matlab/Simulink可视化编程语言进行实时控制系统的开发,解决了采用C 、VC进行开发周期长、调试困难的缺点,并通过试验验证了PD控制算法的有效性,实现了对飞机操纵系统的性能模拟,具有误差小、跟踪性能好的特点,已应用于飞行模拟机样机系统的研制。     

飞行模拟器数字式操纵负荷系统

操纵负荷系统是飞行模拟器的关键分系统之一。经过多年研究与开发，我们推出了几种类型的数字式操纵负荷系统，并已成功用在Ｙ７－１００飞行模拟器中。目前又研制成功全数字式并行电动操纵负荷系统。本文就该系统原理、总体方案、建模方法、软硬件系统特点，进行了较全面的论述。     

基于最优模糊推理的转台控制方法研究

针对飞行仿真转台系统,设计了模糊PID控制器,并采用了最优模糊推理这种新的模糊推理方法。该模糊推理方法将优化和反馈的思想引入推理过程中,依据不同的优化指标进行推理,使推理过程更为合理和有效。以某转台模型为例进行了仿真,仿真结果表明了该推理方法的有效性及模糊PID控制器在转台系统中的有效应用。     

飞行仿真器综合火控仿真系统研究

随着现代航空火技术的飞速发展,新型综合火控系统的研制与一切迫切需求先进仿真技术的强有力支持。本文针对航空综合控系统仿真在任务与功能上的客观需求,基于虚拟样机的设计思想,进行了仿真系统体系结构的方案研究,分析了其中所涉及到的若干关键技术,并给出了飞行仿真器控仿真系统在一个综合仿真系统中的应用实现。     

基于非线性干扰观测器的转台反演鲁棒控制研究

针对转台系统三框耦合干扰和不平衡负载干扰等非线性因素的影响,提出了基于非线性干扰观测器的转台鲁棒Backstepping控制器.首先,阐述了鲁棒反演控制器的设计及稳定性证明;其次,通过设计并选择合适参数的NDO控制器,并进一步保证NDO控制器的全局指数稳定性及其有效性.实验仿真表明,这种新型鲁棒控制器能够很好地克服了转台现存的非线性因素影响,非常适合高精度飞行仿真转台系统的鲁棒控制.     

三自由度直升机模型的无静差跟踪控制

三自由度实验室直升机模型是典型的高阶多输入输出系统,具有较强的通道耦合和非线性特性,其俯仰、倾斜和旋转三轴运动方程,能够部分模拟实际直升机的飞行特性,是控制理论教学和研究的有力工具。采用基于内模原理的无静差跟踪控制方法设计能够同时实现扰动抑制和鲁棒跟踪的无静差跟踪控制器,应用LQR方法设计系统状态反馈增益,将设计的线性解耦控制器应用到原非线性耦合模型上,计算机仿真和实时实验结果表明能够很好的实现轨迹跟踪控制。