飞行模拟器液压伺服系统动力学分析及其控制方法研究

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飞行模拟器是在地面上模拟飞机在空中飞行和在地面上运动的一种仿真设备。与用真实飞机训练驾驶员、进行飞行试验相比,这种设备具有安全性、经济性和无污染性等特点。在飞行模拟器各个组成部分中,六自由度运动系统具有极其重要的作用,它在计算机实时控制下可以提供六个自由度的瞬时过载动感。因此运动模拟系统性能优劣直接关系到飞行模拟逼真度,而飞行模拟系统控制策略的研究是提高飞行模拟器运动性能的关键技术之一。因此深入研究飞行模拟系统控制策略,设计出合理的控制器具有极其重要的意义。  在查阅国内外大量相关文献基础上,本文首先综述了国内外飞行模拟器的现状和发展趋势,总结了飞行模拟器六自由度运动系统特点和各项关键技术的研究现状,同时,对六自由度运动平台在其他领域的应用做了简要介绍。  针对六自由度飞行模拟器运动系统动力学的研究现状,本文对运动学和动力学特性进行了较为深入的研究。采用达郎贝尔原理和等效力原理,提出了采用虚拟样机技术的方法来分析驱动分支惯量对 Stewart平台动力学影响的方法,该方法可以定量地对问题进行分析,具有直观、高效的优点。另外该动力学的分析方法可推广到其他类型的并联机构。  本文对对称阀控制非对称缸液压动力机构的负载流量和负载压力进行了探讨,然后从能量的角度对其特性进行了理论分析和研究,并提出了负载力作用面积的概念,建立了运动系统单通道动力机构的数学模型,推导出了动力机构的输出位移、负载压力和两工作腔压力的传递函数,并从稳态和瞬态两种情况下,分析了影响压力跃变的一些因素,并给出了减小压力跃变的一些方法。  为了提高系统的运动性能和实时性,对本实验室的六自由度飞行模拟试验样机电控部分进行了改造,并采用了RTX实时扩展系统设计了控制软件。针对液压驱动六自由度飞行模拟器运动系统的控制问题,本文考虑了参数变化、负载变化以及交联耦合等因素对系统产生的不确定性干扰,根据飞行模拟试验样机控制系统设计指标要求,利用定量反馈理论与传统的PID控制相结合的方法设计了一种基于QFT(Quantitative Feedback Theory),定量反馈理论)的PID鲁棒控制器,仿真和试验结果证明,本文所采用的方法能够较好地补偿液压动力机构非对称性对系统性能的影响,提高了系统响应的快速性和抗负载干扰的能力,很大程度上抑制了通道间负载交联耦合及参数时变和未建模动态等因素对系统所造成的不利影响,具有很强的鲁棒性。  根据六自由度飞行模拟器运动系统的性能要求,本文针对试验样机设计了计算机控制系统及其控制软件,通过对系统所进行的仿真和试验研究,结果证明,本文设计的试验样机电控系统和控制软件是成功的,阐述的理论和观点是正确的,设计的控制器是合理可行的。
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