高速列车驾驶仿真器动感模拟系统研究

论文摘要

列车运行速度的提高对列车驾驶仿真器中的关键——动感模拟系统提出了新的更高要求,很有必要对其进行深入研究,以改善系统性能,提高模拟逼真度。本博士学位论文深入系统地探索了高速列车驾驶仿真器动感模拟系统中的体感模拟算法设计、系统参数匹配及运动平台设计等重要问题,主要研究工作和取得的研究成果如下。1.在分析三种常见体感模拟算法在高速列车驾驶仿真器应用中的不足,和研究高速列车驾驶仿真器体感模拟算法设计中的关键问题的基础上,提出了设计高速列车驾驶仿真器体感模拟算法的实现方法。在该方法中,基于不同洗出位置对模拟逼真度的影响,找到最合适的洗出位置；基于遗传算法,在满足运动平台的快速回位和人体运动感觉阈值的要求下,优化了高速列车驾驶仿真器体感模拟算法固定参数；基于模糊控制,提出了两种高速列车驾驶仿真器的体感模拟算法——模糊经典洗出算法和模糊自适应洗出算法,新算法不仅能满足高速列车驾驶仿真器实时计算要求,而且能获得更高的模拟逼真度。2.提出了高速列车驾驶仿真器动感模拟系统参数的优化匹配策略。通过给出运动平台在六个方向上最大线(角)位移的快速求解方法,建立了高速列车驾驶仿真器运动平台结构参数与洗出算法参数之间的关系,并提出了根据运动平台结构参数确定洗出算法参数的新思路和面向模拟逼真度的仿真器运动平台结构参数优化新方法,利用该方法同时获得了最优的高速列车驾驶仿真器运动平台结构参数和与之匹配的洗出算法参数。3.研究了高速列车驾驶仿真器运动平台的创新设计。提出了一种基于型数综合的六自由度并联机构系统构型新方法。运用该法构造出3PPRS并联机构作为高速列车驾驶仿真器新型运动平台,并面向模拟逼真度优化出其结构参数。运动学动力学仿真和与6SPS并联机构的性能比较结果表明：3PPRS并联机构能模拟高速列车运动,更有潜力作为高速列车驾驶仿真器运动平台。借助ADAMS、MATLAB软件完成本论文的建模、分析、仿真和优化工作。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 选题的意义
• 1.2 高速列车驾驶仿真器介绍
• 1.2.1 高速列车驾驶仿真器结构介绍
• 1.2.2 高速列车驾驶仿真器动感模拟系统介绍
• 1.3 动感模拟系统研究现状
• 1.3.1 体感模拟算法研究现状
• 1.3.2 运动平台系统研究现状
• 1.4 本文的主要研究内容
• 第2章 常见洗出算法及其在高速列车驾驶仿真器中的应用研究
• 2.1 引言
• 2.2 输入信号求解
• 2.2.1 坐标系建立
• 2.2.2 计算过程
• 2.3 经典洗出算法及其应用
• 2.3.1 算法原理
• 2.3.2 算法推导
• 2.3.3 人体运动感觉评价
• 2.3.4 仿真分析
• 2.4 最优控制洗出算法及其应用
• 2.4.1 算法原理
• 2.4.2 算法推导
• 2.4.3 仿真分析
• 2.5 协调自适应洗出算法及其应用
• 2.5.1 算法原理
• 2.5.2 算法推导
• 2.5.3 仿真分析
• 2.6 本章小结
• 第3章 高速列车驾驶仿真器体感模拟算法设计研究
• 3.1 引言
• 3.2 高速列车驾驶仿真器洗出位置的最优选择
• 3.2.1 常见洗出位置
• 3.2.2 最优洗出位置选择方法
• 3.2.3 仿真验证
• 3.3 高速列车驾驶仿真器洗出算法的参数优化
• 3.3.1 洗出算法参数优化模型
• 3.3.2 基于遗传算法的优化过程
• 3.3.3 仿真验证
• 3.4 基于模糊控制的高速列车驾驶仿真器洗出算法模式研究
• 3.4.1 模糊控制理论简介
• 3.4.2 模糊经典洗出算法研究
• 3.4.3 模糊自适应洗出算法研究
• 3.5 高速列车驾驶仿真器体感模拟算法设计
• 3.6 本章小结
• 第4章 高速列车驾驶仿真器动感模拟系统参数面向模拟逼真度的优化匹配研究
• 4.1 引言
• 4.2 运动平台最大线（角）位移的求解
• 4.2.1 求解方法
• 4.2.2 最大线（角）位移的影响因素分析
• 4.3 基于运动平台最大（角）位移选择洗出算法参数
• 4.3.1 公式推导
• 4.3.2 计算实例
• 4.4 运动平台结构参数对模拟逼真度的影响研究
• 4.4.1 研究思路
• 4.4.2 仿真分析
• 4.5 面向模拟逼真度的运动平台结构参数优化
• 4.5.1 优化思路
• 4.5.2 优化实例
• 4.6 本章小结
• 第5章 高速列车驾驶仿真器运动平台的创新设计研究
• 5.1 引言
• 5.2 新型运动平台的构型设计
• 5.2.1 高速列车驾驶仿真器运动平台性能要求
• 5.2.2 型数综合法简介
• 5.2.3 基于型数综合的六自由度并联机构系统构型方法
• 5.2.4 基于型数综合的六自由度并联机构系统构型方法在高速列车驾驶仿真器运动平台设计中的应用
• 5.3 新型运动平台的尺度综合
• 5.4 新型运动平台的运动学分析
• 5.4.1 雅可比矩阵求解
• 5.4.2 位置方程的建立
• 5.5 新型驾驶台的动力学建模
• 5.5.1 拉格朗日方程
• 5.5.2 驾驶台的动能和势能
• 5.5.3 支链的动能和势能
• 5.5.4 新型驾驶台拉格朗日形式的动力学方程
• 5.6 新型运动平台的运动学和动力学仿真
• 5.6.1 动平台运动仿真
• 5.6.2 运动平台驱动参数和运动参数确定
• 5.6.3 驱动杆极限运动仿真
• 5.7 新型运动平台的性能评价
• 5.7.1 工作空间极限
• 5.7.2 奇异位形分析
• 5.7.3 系统解耦分析
• 5.7.4 速度各向同性及速度极值指标
• 5.7.5 承载各向同性及承载极值指标
• 5.7.6 变形刚度各向同性及变形刚度极值指标
• 5.7.7 误差各向同性及误差极值指标
• 5.7.8 3PPRS并联机构与6SPS并联机构的性能比较
• 5.8 本章小结
• 结论与展望
• 1.论文研究的主要结论
• 2.论文主要创新点
• 3.研究工作的展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表的论文和参与的项目