飛行模擬器動(dòng)感模擬系統(tǒng)逼真度研究.pdf

1、飛行模擬器是一種能夠在地面上逼真復(fù)現(xiàn)飛機(jī)空中飛行的半物理仿真設(shè)備,不僅在航空領(lǐng)域飛機(jī)特性研究和新機(jī)研制中起著重要的作用,而且能夠在飛行員培訓(xùn)的過程中產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益。與國外相比,我國飛行模擬器技術(shù)水平尚顯落后,特別是模擬器中動(dòng)感模擬系統(tǒng)的逼真度不高,其原因之一在于難以有效的對(duì)動(dòng)感模擬系統(tǒng)的逼真度進(jìn)行客觀評(píng)價(jià)。針對(duì)目前動(dòng)感模擬系統(tǒng)逼真度客觀評(píng)價(jià)方法適用性不強(qiáng)的缺點(diǎn),本文以飛行員控制行為輸出信號(hào)的功率譜作為評(píng)價(jià)指標(biāo),實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)感模擬系統(tǒng)逼真

2、度的客觀評(píng)價(jià),并以評(píng)價(jià)結(jié)果為衡量標(biāo)準(zhǔn),對(duì)協(xié)調(diào)洗出算法參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì),從而達(dá)到提高動(dòng)感模擬系統(tǒng)逼真度的目的。
　　在分析動(dòng)感模擬系統(tǒng)逼真度客觀評(píng)價(jià)方法的基礎(chǔ)上,從逼真度的定義著手,提出一種以飛行員控制行為輸出信號(hào)功率譜作為評(píng)價(jià)指標(biāo)的逼真度客觀評(píng)價(jià)方法。然后根據(jù)飛行仿真任務(wù)的特點(diǎn)建立飛機(jī)動(dòng)力學(xué)模型,同時(shí)建立完整的六自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)動(dòng)力學(xué)模型。在此基礎(chǔ)上,建立了飛行員-飛機(jī)和飛行員-飛行模擬器兩個(gè)回路的仿真模型,并通過仿真試驗(yàn)驗(yàn)證了利用本文

3、提出的逼真度客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)動(dòng)感模擬系統(tǒng)逼真度進(jìn)行評(píng)價(jià)的準(zhǔn)確性和適用性。
　　結(jié)合飛行員的外在行為特性和生理結(jié)構(gòu)特征,對(duì)飛行員的控制行為進(jìn)行建模。在綜合分析飛行員對(duì)信息的感知機(jī)理和處理特點(diǎn)的基礎(chǔ)上,首先根據(jù)飛行員外在行為的超前、滯后和延遲等特性,采用控制原理建立了飛行員視覺系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型;然后根據(jù)前庭器官生理結(jié)構(gòu)特征與質(zhì)量-彈簧-阻尼器系統(tǒng)相似的特點(diǎn),建立了飛行員前庭系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型,同時(shí)利用神經(jīng)肌肉的驅(qū)動(dòng)特性建立了飛行員神經(jīng)肌肉系統(tǒng)數(shù)學(xué)

4、模型;最后結(jié)合感知閾值對(duì)反映飛行員控制行為的上述數(shù)學(xué)模型進(jìn)行集成。試驗(yàn)結(jié)果表明了該模型能正確的反映出飛行員在實(shí)際飛行中的控制行為特性。
　　為使參數(shù)的辨識(shí)結(jié)果能夠準(zhǔn)確的反映出飛行員的控制行為特征,利用飛行員控制行為與飛機(jī)動(dòng)力學(xué)特性相匹配這一重要特點(diǎn)對(duì)飛行員控制行為模型參數(shù)進(jìn)行辨識(shí)。首先,對(duì)辨識(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行野值識(shí)別、野值補(bǔ)正和平滑等預(yù)處理,以消除數(shù)據(jù)中的各種噪聲;然后,針對(duì)參數(shù)辨識(shí)求解時(shí)可能陷入局部收斂而導(dǎo)致辨識(shí)結(jié)果不準(zhǔn)確等弊端,提出一

5、種基于混沌搜索的粒子群算法實(shí)現(xiàn)飛行員控制行為模型參數(shù)的求解;最后,以飛機(jī)爬升飛行工況為例驗(yàn)證了參數(shù)辨識(shí)結(jié)果的準(zhǔn)確性。
　　對(duì)協(xié)調(diào)洗出算法參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。針對(duì)當(dāng)前洗出算法的參數(shù)普遍根據(jù)經(jīng)驗(yàn)求得導(dǎo)致動(dòng)感模擬系統(tǒng)逼真度不高的缺點(diǎn),在詳細(xì)研究協(xié)調(diào)洗出算法結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上,提出一種利用Sinacori原理求取算法參數(shù)的初值,以動(dòng)感模擬系統(tǒng)逼真度客觀評(píng)價(jià)結(jié)果作為衡量標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)調(diào)洗出算法參數(shù)設(shè)計(jì)方法,仿真結(jié)果表明了該方法能有效的提高動(dòng)感模擬系統(tǒng)的逼真度