飞行模拟器操纵负荷系统仿真分析与实现

为了使飞行模拟器操纵具有真实感,分析了操纵负荷系统仿真内容及原理,详细描述了操纵负荷系统仿真的软、硬件设计方法,设计了连接机构、操纵连杆及传动比,给出了软件架构,建立了操纵仿真模型,实现了操纵通道的负荷加载仿真。经型号验证,可以提高力伺服系统的控制精度,实现了对操纵负荷系统仿真的逼真度。     

飞行模拟器电动操纵负荷系统多余力抑制研究

飞行模拟器操纵负荷系统是一种被动式力伺服系统,其多余力的抑制是提高操纵负荷系统力跟踪精度的关键。以研制的飞行模拟器电动操纵负荷系统原理样机为平台,对系统的工作原理和结构进行介绍,通过系统建模,在MATLAB/SIMULINK中仿真,对经典的前馈补偿和PID复合控制方法的多余力抑制效果进行仿真分析,并在原理样机上进行试验测试。试验结果验证了复合控制策略有效地抑制了多余力,提高了系统的跟踪精度。     

一种电动式操纵负荷系统建模与仿真研究

操纵负荷系统是飞行模拟器的重要组成部分,它是向飞行员提供操纵力的人感系统,同时还要完成操纵面偏角的实时计算。文章首先介绍电动式操纵负荷系统的系统结构,然后对系统各环节建立其数学模型,最后对系统控制器进行设计。     

飞行模拟器操纵负荷系统的无源性设计

 操纵负荷系统是飞行员与飞行模拟器之间的接口装置。提出了这种人在回路的实时控制系统的一种新的设计思想,这种设计将无源性与阻抗的概念结合,并将系统阻抗的频率特性作为定量设计的手段。基于频率分析,控制器设计中应增加一个阻尼项,使传递到操作员手上的阻抗与飞行环境的阻抗相匹配。并指出,系统中的力伺服系统的阻尼比应在0.5~0.8范围内以满足这个虚拟环境的无源性要求。操纵负荷系统的无源性可保证整个仿真系统的稳定性。所提出的设计思想还可推广应用于其他各种虚拟环境的设计。     

飞机横向操纵系统建模及降价方法研究

对某型号飞机横向操纵系统的组成、结构进行了分析,建立了完整的数学模型,将系统分布参数分段集中化处理,在Ｍａｔｌａｂ环境下以模块化方式进行系统仿真。并以“最小二乘参数拟合法”把高阶非线性的操纵系统模型等效降阶成低阶加延迟环节的形式,得出与系统静动态特性要求相符的简化模型。借助于计算机辅助分析得出的简化模型成功地应用于某型飞行模拟器操纵负荷系统的研究。     

直升机工程模拟器简介

直升机工程模拟器是现代直升机研究中不可缺少的设计和验证工具,主要用于直升机全机总体方案论证、气动布局优化、飞行品质评估,先进飞行控制律设计、验证和优化,以及危险飞行科目的模拟飞行、故障分析研究等。直升机工程模拟器是直升机研制保障条件建设项目．中国直升机设计研究所于2001年6月开始实施建设方案,2004年实现了人在回路的全状态运转。该模拟器主要包括计算机系统、飞行动力学系统、视景系统、操纵负荷系统、六自由度运动系统、座舱与航电系统、座椅抖振系统、音响系统和控制中心等。主控计算机系统能控制、驱动和组织管理其它分系统,使它们成为模拟器的有机部分,发挥出预定的功能与性能。操纵负荷系统通过建立直升机飞行操纵系统模型,采用电动驱动控制技术,实现了飞行操纵特性的高逼真度模拟。视景系统由专用图形计算机、曲面校正系统、多通道边缘融合系统、运动兼容球幕显示等组成,视场角为水平180°,垂直90°,同时还包含白天、黄昏、夜晚等模式,雨、雪、云、雾等气象环境以及爆炸、烟雾、弹道等一些特殊效果。     

基于FlightGear和RTW的分布式可视化飞行仿真研究

将飞行仿真系统分解为飞行器动力学模型与飞控系统、仪表显示及操纵控制台、视景仿真等独立子系统,并以FlightGear和Matlab/Simulink为平台设计搭建一套分布式飞行仿真系统。采用免费开源的飞行模拟器FlightGear作为视景系统,使用Matlab/Simulink作为动力学建模与飞控设计工具,并利用Simulink中的RTW工具包将飞行器动力学模型与飞控系统编译生成实时程序以与FlightGear通信。     

电传飞控驾驶杆操纵系统的动力学仿真分析

对电传飞控驾驶杆操纵的机械传动部分采用CATIA和LMS／MOTION动力学仿真软件进行动力学仿真,对该操纵系统的杆力、杆位移及阻尼特性进行分析,提供直观和形象的杆力信号传递过程,同时验证其提出的设计参数的正确性和合理性。     

舰载直升机着舰模拟技术研究

针对直升机着舰模拟技术开展深入研究，重点研究舰载直升机着舰模拟器的重要组成部分，包括直升机和舰船数学模型，飞控系统数学模型，视景显示系统，仪表显示系统，舰船甲板流场模型，教员控制台和操纵负荷系统等。     

某驾驶员操纵装置非线性问题解决方案

某型飞行模拟器在进行驾驶员操纵装置静态特性测试过程中,发现其纵向、横向的杆力——杆位移曲线呈非线性变化,与理论的线性梯度曲线不符。本文通过LMS Virtual.Lab软件对相关对象进行了仿真分析,找到了出现非线性问题的原因,提出了可行性的解决方案,并对其方案进行了仿真验证。     

QFT force loop design for the aerodynamic load simulator

A dynamic load simulator which can reproduce on-ground the aerodynamic hinge moment of a control surface is an essential rig for conducting performance and stability tests of aircraft actuation systems. The hinge moment varies widely over the flight envelope, depending on the specific flight condition and maneuvering status. To replicate the wide spectrum of this hinge moment variation within some accuracy hounds, a force controller is designed based on the Quantitative Feedback Theory (QFT). A dynamic model of the load actuation system Is derived, and compared with experimental results. Through this comparison, a nominal model of the load actuation system with some uncertainty bounds is developed. The efficacy of the QFT force controller is verified by a numerical simulation, in which combined aircraft dynamics, flight control law and hydraulic actuation system dynamics of the aircraft control surface are considered     

μ理论在电液负载模拟器中的应用

 研究μ理论在电液负载模拟器中的应用，提出电液负载模拟器的鲁棒控制策略。电液负载模拟器是一个复杂的机-电-液复合系统，且是一个强耦合、时变受控对象。综合考虑参数变化、模型变动和干扰等不确定性的影响，利用μ综合控制理论设计电液负载模拟器的鲁棒力控制器，并通过μ分析使用鲁棒力控制器时系统的鲁棒稳定性和鲁棒性能。给出使用鲁棒力控制器和经典力控制器时的实验结果，实验结果表明所设计鲁棒力控制器的有效性和优越性。     

阵风减缓直接升力控制方案的仿真研究

阵内减缓技术可有效地抑制飞机飞行过程中受到阵风和湍充影响所产生的附加过载。研究阵风载荷减缓的基本原理及各种控制方案,结合我国的实际情况,提出了以副翼作为直接升力操纵面的阵风减缓控制方案,建立了直接升力控制的阵风减缓系统的数学模型,并就阵风减缓系统进行了计算机辅助设计与仿真,验证了方案的可行性。     

重载航空负载模拟器非线性最优前馈补偿控制

重载航空负载模拟器是用来模拟"C919"、"运-20"等重载飞机舵面工作载荷的地面仿真平台。设计了一种重载航空负载模拟器,采用非对称缸作为执行机构以在小体积下完成大载荷加载。为了消除多余力对重载航空负载模拟器加载精度的影响,分析了非对称缸正反向运动和大载荷变化下伺服阀流量增益的非线性变化对前馈补偿函数的影响,并设计了非线性参数估计控制器。同时分析了加速度等动态参数变化和静态参数的误差对多余力消除的影响,设计了参数最优控制器。仿真和试验结果均表明,相比于传统前馈补偿控制器,所设计的非线性最优前馈补偿控制器下的加载精度和多余力抑制能力提高了50%以上。     

Nonlinear Adaptive Robust Force Control of Hydraulic Load Simulator

This paper deals with the high performance force control of hydraulic load simulator. Many previous works for hydraulic force control are based on their linearization equations, but hydraulic inherent nonlinear properties and uncertainties make the conventional feedback proportional-integral-derivative control not yield to high-performance requirements. In this paper, a nonlinear system model is derived and linear parameterization is made for adaptive control. Then a discontinuous projection-based nonlinear adaptive robust force controller is developed for hydraulic load simulator. The proposed controller constructs an asymptotically stable adaptive controller and adaptation laws, which can compensate for the system nonlinearities and uncertain parameters. Meanwhile a well-designed robust controller is also developed to cope with the hydraulic system uncertain nonlinearities. The controller achieves a guaranteed transient performance and final tracking accuracy in the presence of both parametric uncertainties and uncertain nonlinearities; in the absence of uncertain nonlinearities, the scheme also achieves asymptotic tracking performance. Simulation and experiment comparative results are obtained to verify the high-performance nature of the proposed control strategy and the tracking accuracy is greatly improved.     

航天器交会对接模拟系统逼近过程自抗扰控制

航天器交会对接地面模拟系统用于研究航天器交会对接过程的动力学、导航与控制等方面的相关问题。模拟器通过气浮轴承悬浮在大理石平台上来模拟太空的无摩擦微重力环境。通常情况下要保证大理石平台足够水平,由于实际平台不可能完全水平,模拟器的重力分量会使模拟器产生下滑现象,这种现象对大型地面模拟器设备尤为严重。针对模拟器的逼近过程设计了轨迹规划。为了减小测量信号噪声的影响,采用跟踪微分器(TD)对整个逼近过程中的测量信号进行滤波。针对逼近过程中模拟器存在下滑力等干扰问题设计控制器,通过扩张状态观测器(ESO)实时估计干扰量,进而对干扰量进行补偿。对模拟器冷喷气推力系统制定了推力器分配策略,采用脉冲宽度调制(PWM)技术实现对推力的近似等效。提出的控制方法应用于航天器交会对接地面模拟系统,实验结果表明所提出的控制方法能有效消除下滑力等干扰的影响。     

Robust Control for Static Loading of Electro-hydraulic Load Simulator with Friction Compensation

Load simulator is a key test equipment for aircraft actuation systems in hardware-in-the-loop-simulation. Static loading is an essential function of the load simulator and widely used in the static/dynamic stiffness test of aircraft actuation systems. The tracking performance of the static loading is studied in this paper. Firstly, the nonlinear mathematical models of the hydraulic load simulator are derived, and the feedback linearization method is employed to construct a feed-forward controller to improve the force tracking performance. Considering the effect of the friction, a LuGre model based friction compensation is synthesized, in which the unmeasurable state is estimated by a dual state observer via a controlled learning mechanism to guarantee that the estimation is bounded. The modeling errors are attenuated by a well-designed robust controller with a control accuracy measured by a design parameter. Employing the dual state observer is to capture the different effects of the unmeasured state and hence can improve the friction compensation accuracy. The tracking performance is summarized by a derived theorem. Experimental results are also obtained to verify the high performance nature of the proposed control strategy.     

基于双回路控制的电动负载模拟器研究

电动舵机负载模拟器可在实验条件下模拟飞行器飞行过程中舵机受到的空气动力铰链力矩,是半实物仿真的重要设备。在介绍电动负载模拟器研究进展并指出目前伺服系统研究所面临的难题的基础上,以改善系统动态频响为目标,设计基于双回路电机的加载方案并建立双回路系统的数学模型;通过系统仿真,分析系统输出力矩对指令力矩的跟踪能力,验证数学模型的准确性。结果表明:双回路方案有效地抑制了系统多余力,其工作频带在舵机扰动的情况下仍可达35 Hz,为电动负载模拟器提供了一种频带更高、匹配性更好的实现方案。     

基于扩展状态观测器的电动负载模拟器反演滑模控制

针对电动负载模拟器中存在的强位置扰动、摩擦、间隙非线性以及参数时变等不确定干扰,提出了一种基于扩展状态观测器的反演滑模控制策略。基于反演设计的思想,将电动负载模拟器分解为负载力矩子系统和永磁同步电机驱动子系统。对负载力矩子系统,利用带有滤波器的扩展状态观测器,消除量测噪声对系统的影响,同时估计出系统中存在的干扰,而后采用比例趋近滑模控制律,得出负载力矩子系统所对应的虚拟控制量;对永磁同步电机驱动子系统,利用常规扩展状态观测器估计出子系统中的复合扰动,采用非奇异终端滑模控制律,消除观测误差以及干扰对系统的影响,并得出系统所需的最终控制量。最后,利用李雅普诺夫方法证明了电动负载模拟器的稳定性,并通过实验验证了所提方法的有效性。     

某民用飞机显示系统仿真器的设计与实现

航电系统仿真平台以其灵活方便和低成本特点,支持综合航电系统的预先研究、方案设计、详细设计、系统综合,成为综合航电系统研制过程中不可或缺的设计手段。给出了IMA系统仿真平台显示系统仿真器的详细的设计和实现方案,首先介绍了IMA系统仿真平台的组成,接着介绍了显示系统仿真器的组成架构,并对显示系统仿真器的硬件配置、航电网络配置、人机交互界面和逻辑处理进行了详细的介绍。最后经过IMA系统仿真试验样件验收测试程序的测试,验证了显示系统仿真器满足验收测试程序的各项功能和性能要求,满足了该型号显示系统仿真器的试验要求。