飞行模拟器辅助操纵负荷系统的研究

论文摘要

飞行模拟器是训练飞行员的重要设备。操纵负荷系统作为飞行模拟器的关键系统之一,用于模拟飞机的飞行操纵系统,其主要特点是模拟真实的力感。由于辅助操纵系统作为操纵系统的一部分,能够改善飞行品质,所以辅助操纵负荷系统对飞行员的训练也起着很重要的作用。辅助操纵负荷系统操纵机构比较简单,力控制精度要求相对主操纵负荷系统较低。但在自动驾驶功能上,却要求很高的位置控制精度。本文所研究的对象是电动辅助操纵负荷系统,实现力感模拟时,该系统属于典型的被动加载系统。在实现自动驾驶功能时,则属于位置伺服系统。本文首先综述了操纵负荷系统的基本工作原理和发展现状,指出了辅助操纵负荷系统的四点关键技术。其次通过对各个辅助操纵负荷系统的操纵系统进行分析,确定要模拟的力感。紧接着建立永磁同步电机的数学模型,并根据先前确定的要模拟的力感设计适当的控制方法。由于辅助操纵负荷系统的力感模拟属于被动加载,因此存在多余力矩。就此分析了多余力矩产生的原因,并给出了抑制的方法。论文的第四章分析了操纵负荷系统的操纵机构,然后通过软件Simulink以及SimMechanics仿真的手段分析了操纵机构加载端和操纵端的运动关系和力矩关系,给电机输入相应的指令,使操纵端获得所希望感受到的力感。此外,自动驾驶时,还能够输入电机相应位置指令,使操纵端达到所希望的位置。接下来将已建立的操纵机构模型与电机模型进行整体仿真,来检验所设计的控制方法是否合理。最后,通过实验对所设计的辅助操纵负荷系统的各项指标进行验证。方法是用软件对辅助操纵负荷系统进行实时仿真,记录检测的力矩、位置数据或曲线,与仿真的曲线或数据进行对比。在此过程中进行了摩擦补偿。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的意义及必要性
• 1.2 辅助操纵负荷系统的工作原理
• 1.2.1 辅助操纵负荷系统的组成
• 1.2.2 辅助操纵负荷系统的加载原理
• 1.2.3 辅助操纵负荷系统自动驾驶的原理
• 1.3 辅助操纵负荷系统的关键技术
• 1.4 操纵负荷系统的发展概况
• 1.4.1 操纵负荷的起源
• 1.4.2 操纵负荷的发展历史及研究现状
• 1.5 论文的主要研究内容
• 第2章 辅助操纵系统的分析
• 2.1 减速板操纵系统的分析
• 2.1.1 减速板操纵系统的工作原理
• 2.1.2 减速板操纵系统前部件的分析
• 2.2 水平安定面配平操纵系统的分析
• 2.2.1 水平安定面配平操纵系统的工作原理
• 2.2.2 水平安定面配平操纵系统建模分析
• 2.3 前轮转弯操纵系统的分析
• 2.3.1 前轮转弯操纵系统的工作原理
• 2.3.2 前轮转弯操纵系统系统建模分析
• 2.4 油门杆操纵系统的分析
• 2.5 本章小结
• 第3章 辅助操纵负荷系统的力感模拟
• 3.1 交流永磁同步电机的数学模型
• 3.2 电流反馈控制
• 3.3 控制策略
• 3.3.1 基于力矩回路的力感模拟
• 3.3.2 多余力矩的分析和抑制
• 3.4 基于力矩回路力矩模拟的仿真
• 3.4.1 摩擦力矩模拟的仿真
• 3.4.2 弹簧力矩模拟的仿真
• 3.5 基于位置回路的力矩模拟
• 3.6 自动驾驶功能的控制策略
• 3.6.1 速度环的设计
• 3.6.2 位置环的设计
• 3.7 本章小结
• 第4章 辅助操纵负荷系统操纵机构的研究
• 4.1 减速板操纵机构的分析
• 4.1.1 机构运动分析
• 4.1.2 力矩函数的分析
• 4.2 水平安定面配平轮操纵机构的分析
• 4.3 安定面配平指示器机构的分析
• 4.4 前转弯手轮机构分析
• 4.5 油门杆操纵机构的分析
• 4.6 本章小结
• 第5章 辅助操纵负荷系统的验证试验
• 5.1 实验原理
• 5.2 力感模拟验证试验
• 5.2.1 摩擦力矩的模拟
• 5.3 弹簧力感模拟验证试验
• 5.4 辅助操纵负荷系统实验曲线
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢