轻型飞行模拟器运动保护算法研究

论文摘要

本文以“轻型飞行模拟器”运动系统干涉问题为研究对象,对并联平台的动力学建模、干涉检验算法、工作空间和运动保护算法等一系列问题展开了研究。本文首先对并联平台进行了空间位姿表述,建立了并联机构运动学正反解模型。对并联平台的动力学建模方法进行研究,选择牛顿-欧拉法建立实时计算动力学模型,为后续研究提供理论依据。其次,研究了轻型飞行模拟器的约束检验算法。根据实际工程应用,设计了连杆干涉检验算法、座舱干涉检验算法和等效复合球铰摆角检验算法;分析研究了约束条件下轻型飞行模拟器的工作空间。最后,设计并实现了轻型飞行模拟器的运动保护算法。对于杆长限制、动平台干涉、杆与杆干涉以及等效复合球铰摆角限制等约束问题,设计了一种虚拟弹簧算法。仿真结果证明了该保护算法的有效性。在此基础上,设计了运动控制器。将各个算法按功能分成不同模块,编制了相应软件。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 飞行模拟器的发展及应用
• 1.3 轻型飞行模拟器的研究目的和意义
• 1.4 并联机构的发展及研究现状
• 1.5 论文的主要内容和结构
• 第二章 并联机构运动学与动力学
• 2.1 引言
• 2.2 Stewart 平台的位姿描述
• 2.2.1 Stewart 平台坐标系的建立
• 2.2.2 平台顶点的坐标表示
• 2.3 并联机构运动学
• 2.3.1 并联机构运动学反解模型
• 2.3.2 并联机构运动学正解模型
• 2.3.3 Newton-Raphson 迭代法
• 2.3.4 位姿正解算法
• 2.4 并联机构动力学
• 2.5 小结
• 第三章 并联机构约束检验算法
• 3.1 引言
• 3.2 并联机构连杆干涉算法
• 3.2.1 干涉检验算法
• 3.2.2 干涉算法及分析
• 3.3 并联机构动平台座舱干涉检验算法
• 3.3.1 干涉检验算法
• 3.3.2 干涉算法及分析
• 3.4 动平台复合球铰摆角检测算法
• 3.4.1 干涉检验算法
• 3.4.2 干涉算法及分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 轻型飞行模拟器工作空间分析
• 4.1 引言
• 4.2 工作空间的含义
• 4.3 影响并联机构工作空间的因素
• 4.4 轻型飞行模拟器的位置工作空间
• 4.4.1 定姿态工作空间的搜索方法
• 4.4.2 极坐标法工作空间搜索计算及结果分析
• 4.5 轻型飞行模拟器可达工作空间的六维描述
• 4.6 本章小结
• 第五章 轻型飞行模拟器运动保护算法
• 5.1 引言
• 5.2 运动平台保护系统的组成
• 5.2.1 缓冲系统
• 5.2.2 限位系统
• 5.3 运动平台软件缓冲限制算法的实现
• 5.3.1 杆长限制缓冲算法
• 5.3.2 座舱和球铰摆角缓冲算法
• 5.4 控制系统软件的设计与实现
• 5.4.1 运动控制器的设计
• 5.4.2 软件模块的设计与实现
• 5.5 小结
• 第六章 总结与展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间的研究成果及发表的学术论文
• 致谢