6自由度飞行模拟器的研究

论文摘要

6自由度并联平台现已广泛应用于航空、航天、舰船、车载兵器等领域,是飞行员、船员及车辆驾驶员进行模拟训练重要工具和手段。本文旨在对直升机飞行模拟器进行理论建模、尺寸参数设计和仿真研究。本文根据直升机飞行模拟器的总体要求,选择Stewart并联平台作为其构型,结合齐次坐标变换,以Matlab为工具,完成该飞行模拟器的运动学分析。包括运动学正、逆解,雅可比矩阵,一、二阶影响系数及速度、加速度映射分析等。对飞行模拟器工作空间进行分析,仿真表明所设计的尺寸参数能够满足要求。同时,应用并联机器人力学模型,求解出每个连杆的最大负载,从而确定电机负载。上述方法适用于多数6自由度并联机器人,并对并联机器人的实时控制具有一定的现实意义。应用Matlab的SimMechanics对该飞行模拟器(Stewart并联运动平台)进行了建模和仿真,通过仿真验证了设计的正确性。应用Ansys对并联运动平台的上平台行架进行模态分析,仿真实验表明并联运动平台能够满足系统动刚度和固有振动频率设计要求,并为进一步改进设计提供依据。本文的研究工作为今后飞行模拟器中并联机器人参数设计、SimMechanics仿真、Ansys仿真分析等方面的研究提供了可以借鉴的理论和实践经验,具有重要意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 国内外运动平台的研究和发展现状
• 1.1.1 6自由度并联平台简介与研究、应用动态
• 1.1.2 国内外并联平台在运动模拟器方面的应用
• 1.2 6自由度并联机构研究进展
• 1.3 用于模态分析的Ansys软件的简介
• 1.4 本文研究内容
• 第2章 6自由度飞行模拟器运动学分析
• 2.1 6自由度飞行模拟器构型的确定
• 2.2 机器人位置与姿态的描述和空间变换
• 2.3 6自由度飞行模拟器逆运动学分析
• 2.4 6自由度飞行模拟器正运动学分析
• 2.5 雅克比矩阵及影响系数的求解
• 2.5.1 雅克比矩阵求解及速度映射
• 2.5.2 影响系数求解及加速度映射
• 2.6 本章小结
• 第3章 6自由度飞行模拟器总体设计
• 3.1 6自由度模拟器总体要求及系统指标
• 3.2 6自由度飞行模拟器尺寸参数
• 3.3 6自由度飞行模拟器工作空间仿真研究
• 3.3.1 可达工作空间仿真
• 3.3.2 位置工作空间仿真
• 3.3.3 姿态工作空间仿真
• 3.4 6自由度飞行模拟器电动缸负载的确定
• 3.4.1 6自由度并联机器人静力学模型
• 3.4.2 6自由度飞行模拟器的电机最大负载的计算
• 3.5 6自由度飞行模拟器伺服控制系统
• 3.6 本章小结
• 第4章 基于SimMechanics的飞行模拟器仿真
• 4.1 飞行模拟器控制仿真系统总体结构
• 4.2 SimMechanics及其各模块简介
• 4.3 用SimMechanics模块集构造飞行模拟器
• 4.3.1 基本模块的使用方法
• 4.3.2 飞行模拟器的SimMechanics框图
• 4.3.3 其他模块
• 4.4 基于SimMechanics的飞行模拟器仿真
• 4.5 本章小结
• 第5章 飞行模拟器运动平台固有振动特性有限元仿真
• 5.1 相关基本理论
• 5.2 飞行模拟器运动平台有限元模型
• 5.3 施加约束后的有限元模型
• 5.4 仿真结果
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢