用于飞行模拟机失控改出训练的集成体感模拟算法研究

作     者：金亮 

作者单位：南京航空航天大学 

学位级别：硕士

导师姓名：吴东苏

授予年度：2016年

学科分类：08[工学] 

主      题：滤波器 体感模拟算法 切换控制 预定位 

摘      要：根据飞行事故数据统计,民航客机在飞行过程中进入失控状态已经超过可控飞行撞地成为造成严重飞行事故的头号原因。随着近地警告系统的大规模使用,可控飞行撞地导致的飞行事故已经大量减少,相对而言,目前还没有成熟和单一的技术手段来减少或避免飞机进入失控状态。飞行模拟机是目前唯一可以安全、低成本和系统化的进行非正常状态改出训练的工具,但是模拟机广泛使用的运动平台所配备的经典体感模拟算法性能偏于保守,不同状态下增益固定,只能利用一部分平台工作空间,然而飞行过程中的非正常状态通常伴随着飞机的非正常姿态、大幅度的角速度和加速度变化等,偏于保守的经典体感模拟算法对非正常状态惯性运动的模拟能力较低,针对该问题本文提出了集成体感模拟算法的解决方法。首先详细分析了体感模拟算法的设计过程,对高通滤波器和低通滤波器的设计进行了阐述,并使用人体前庭系统模型对滤波器参数修正后的性能进行评价,形成完整的滤波器的设计、评价和优化的方法。其次为了解决经典体感模拟算法参数设计偏于保守的问题,引入切换控制系统的方法。首先针对不同飞行状态对体感模拟算法进行优化,得到在不同状态下性能优异的滤波器,能够充分利用运动平台的运动能力,同时通过监督控制器对飞行状态变化的预测,使用软切换的方法实现体感模拟算法的输出信号的切换。体感模拟算法中使用了两个高通滤波器,完成一次动作模拟之后,运动平台回到中立位置,这样任何状态的模拟起始位置都是运动平台的中立位置,但是非正常状态由于运动幅度较大,中立位置并不是最佳的起始点,因此通过预定位功能根据对飞行状态的预测,计算出最佳的运动初始位置。最后建立集成体感模拟算法模型,并与经典体感模拟算法的性能进行对比。根据仿真的结果可以看出,集成体感模拟算法通过扩大对平台运动能力的利用,提高了体感模拟的逼真度。