飞行模拟机电动操纵负荷系统动态特性研究

论文摘要

飞行模拟机操纵负荷系统是飞行模拟机的重要组成部分,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解算。操纵力的仿真效果直接影响飞行员的训练,影响对飞行模拟机飞行品质的评定。随着力矩电机性能的提高,以力矩电机为执行机构的电动操纵负荷系统已经成为未来的发展趋势。但是目前电动操纵负荷系统在大扭矩、快速响应、稳定工作之间存在着矛盾,影响了系统的动态特性。因此,为了能够更加精确地跟踪具体的飞行操纵系统,有必要在电动操纵负荷系统的动态特性方面进行进一步的研究,以便取得理想的电磁力矩效果。本文深入研究了操纵负荷系统的仿真对象-Boeing737-800飞机的操纵系统;介绍了电动操纵负荷系统新颖的双回路设计方案,采用大扭矩的永磁直流力矩电机解决了大扭矩的输出问题;重点围绕电动操纵负荷系统内回路系统、外回路系统进行了精确的建模;采用数字PID控制解决了系统快速响应和稳定工作的问题,并且通过仿真找出了影响系统动态特性的因素;在仿真的基础上通过实验调整了内回路系统的可调参数,得到了一条平滑的动态特性曲线,验证了控制系统设计的正确性;从机理上分析了由于扰动引起的动态特性的尖峰现象,并对扰动进行了抑制,优化了系统的动态特性;提出了一种软、硬件结合的电动操纵负荷系统动态特性分析方法,为下一步飞行模拟机电动操纵负荷系统的研制与进一步开发做铺垫。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的研究背景及意义
• 1.2 飞行模拟机及其组成结构
• 1.3 操纵负荷系统的国、内外研究现状
• 1.4 本文的研究内容
• 第二章 飞行操纵系统
• 2.1 现代飞行操纵系统
• 2.2 Boeing737-800飞机升降舵操纵系统
• 2.3 本章小结
• 第三章 电动操纵负荷系统的设计方案
• 3.1 系统总体设计方案
• 3.2 外回路系统
• 3.3 内回路系统
• 3.3.1 操纵负荷计算机
• 3.3.2 电机作动器
• 3.3.3 电气放大单元
• 3.3.4 机械传动系统
• 3.4 本章小结
• 第四章 电动操纵负荷系统建模
• 4.1 系统总体建模
• 4.2 外回路系统的数学模型
• 4.2.1 静态力的数学模型
• 4.2.2 动态力的数学模型
• 4.2.3 舵偏角的数学模型
• 4.3 内回路系统的数学模型
• 4.3.1 永磁直流力矩电机数学模型
• 4.3.2 电机驱动器数学模型
• 4.3.3 机械传动系统数学模型
• 4.4 本章小结
• 第五章 电动操纵负荷系统动态特性分析
• 5.1 控制系统设计
• 5.2 动态特性仿真
• 5.3 内回路调整实验
• 5.3.1 实验目的
• 5.3.2 实验条件
• 5.3.3 静态特性实验
• 5.3.4 动态特性实验
• 5.3.5 试验结果分析
• 5.4 抗扰性分析与动态特性优化
• 5.4.1 扰动的产生机理
• 5.4.2 扰动的抑制与动态特性优化
• 5.5 本章小结
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 作者在攻读硕士期间公开发表的学术论文