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六自由度平台车辆运动模拟器变输入洗出算法

浙江大学学报（工学版） 2013年第2期47卷 238-243页

作者：罗竹辉魏燕定周晓军魏春雨浙江大学流体动力与机电系统国家重点实验室浙江杭州310027

为提高六自由度平台车辆模拟器模拟真实车辆运动感觉的逼真度,结合经典洗出算法提出一种变输入洗出算法.根据模拟器运动空间,对经典洗出算法的输入信号按幅值大小进行划分、变换处理.高幅值输入信号采用缩放处理,以防止超出平台运动空间... 详细信息

为提高六自由度平台车辆模拟器模拟真实车辆运动感觉的逼真度,结合经典洗出算法提出一种变输入洗出算法.根据模拟器运动空间,对经典洗出算法的输入信号按幅值大小进行划分、变换处理.高幅值输入信号采用缩放处理,以防止超出平台运动空间;低幅值输入信号乘上一个时变比例系数,时变比例系数的确定采用模糊自适应算法,根据人体在运动模拟器上的运动感觉、人体在车辆上的运动感觉以及输入信号的情况,选定模糊控制器的输入、输出和模糊控制规则.以车辆纵向加速度的模拟为例进行仿真,仿真结果表明,运用变输入洗出算法,既能将平台限制在平台的运动空间内,又能充分利用平台的运动能力,提高运动感觉模拟的逼真度.

关键词：洗出算法变输入模糊自适应六自由度平台车辆运动模拟器

飞行模拟器洗出算法多重滤波信号补偿优化研究

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系统仿真学报 2023年第1期35卷 137-145页

作者：刘伟超王辉中国民航大学航空工程学院天津300300

针对经典洗出算法在应用于飞行模拟器时存在的信号丢失以及适应性不强的缺陷,提出一种多重滤波信号补偿的洗出算法优化方案。分析经典洗出算法中信号丢失的环节,截取丢失信号并采取深度滤波策略进行深度滤波,依据人体感知误差与运动平... 详细信息

针对经典洗出算法在应用于飞行模拟器时存在的信号丢失以及适应性不强的缺陷,提出一种多重滤波信号补偿的洗出算法优化方案。分析经典洗出算法中信号丢失的环节,截取丢失信号并采取深度滤波策略进行深度滤波,依据人体感知误差与运动平台的动作余量,将多重滤波后的信号以自适应的比例分别补偿到洗出算法3个通道中,实现最大程度上减小信号损失,从而减少人体感知误差。对经典洗出算法和改进洗出算法进行对比仿真和试验,结果表明改进洗出算法有效降低了人体感知误差,减少了信号丢失,改善了相位延迟,同时充分利用了运动平台的工作空间,增加了动感逼真度。

关键词：洗出算法飞行模拟器多重滤波人体感知动感逼真度

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三自由度模拟运动平台洗出算法研究

机械科学与技术 2018年第3期37卷 481-486页

作者：洪振宇杨勇张亚伟许致华张志旭中国民航大学航空工程学院天津300300 中国民航大学电子信息与自动化学院天津300300 中国民航大学基础实验中心天津300300

为解决经典洗出算法无法在三自由度模拟运动平台上得到很好应用的问题,提出了一种适用于两转一移并联运动平台的新洗出算法。首先建立3-PRS并联机构的运动学模型,其次通过引入牵连运动线速度与欧拉角角速度转换矩阵设计一种新的洗出算法... 详细信息

为解决经典洗出算法无法在三自由度模拟运动平台上得到很好应用的问题,提出了一种适用于两转一移并联运动平台的新洗出算法。首先建立3-PRS并联机构的运动学模型,其次通过引入牵连运动线速度与欧拉角角速度转换矩阵设计一种新的洗出算法,最后在MATLAB/Simulink中建立人体前庭系统模型和新洗出算法的仿真模型,并进行仿真分析。结果表明,本文提出的三自由度平台洗出算法行之有效,并具有与经典六自由度平台洗出算法相近的动感模拟逼真度。

关键词：三自由度模拟运动平台洗出算法前庭系统仿真分析 MATLAB

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基于驾驶模拟器洗出算法的非线性放缩法研究

计算机仿真 2022年第9期39卷 167-171页

作者：游达章张扬张业鹏陈林波湖北工业大学机械工程学院湖北武汉430068

驾驶模拟器洗出算法中非线性放缩法的放缩参数固定,参数的选取过度依赖专家经验,导致模拟器空间利用率低、模拟逼真度不高。针对上述问题,提出了基于PSO的非线性放缩法。对现有非线性放缩法进行优化时,综合考虑了真实驾驶员和模拟器驾... 详细信息

驾驶模拟器洗出算法中非线性放缩法的放缩参数固定,参数的选取过度依赖专家经验,导致模拟器空间利用率低、模拟逼真度不高。针对上述问题,提出了基于PSO的非线性放缩法。对现有非线性放缩法进行优化时,综合考虑了真实驾驶员和模拟器驾驶员之间的感知误差、信号放缩前后的归一化相关系数以及模拟器的物理运动限制等因素,并结合经典洗出算法进行了仿真验证。结果表明,所提方法克服了现有非线性放缩法依赖经验确定参数和模拟器工作空间利用率低的问题,降低了人体感知误差,提高了模拟逼真度。

关键词：洗出算法模拟驾驶器非线性放缩法粒子群算法人体感知

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飞行模拟器洗出算法的优化研究

科学技术与工程 2015年第29期35卷 83-86,94页

作者：王辉万毅平凡中国民航大学航空工程学院天津300300 深圳航空有限责任公司机务工程部深圳518128

飞行模拟器通过经典洗出算法的倾斜协调通道对低频信号进行动感模拟处理,然后输出给人体前庭感觉系统,经过大脑处理做出行为判断,不可避免地给飞行员以错误暗示和动感误差。通过引用人体前庭模型对倾斜协调通道参数进行设计,使算法更符... 详细信息

飞行模拟器通过经典洗出算法的倾斜协调通道对低频信号进行动感模拟处理,然后输出给人体前庭感觉系统,经过大脑处理做出行为判断,不可避免地给飞行员以错误暗示和动感误差。通过引用人体前庭模型对倾斜协调通道参数进行设计,使算法更符合人体的感觉模型,从而达到提高飞行模拟器逼真度的目的。同时基于MATLAB的SIMULINK模块搭建仿真模型,对优化后的洗出算法进行仿真分析,验证了优化洗出算法的可行性和有效性。

关键词：飞行模拟器洗出算法前庭模型倾斜协调逼真度

面向飞行模拟机失控改出训练的模型预测洗出算法研究

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面向飞行模拟机失控改出训练的模型预测洗出算法研究

作者：张泽生南京航空航天大学

学位级别：硕士

近年来飞机失控已成为飞行事故的主要原因,使用飞行模拟机进行失控改出训练具有安全性和经济性等方面的优势。飞机失控改出过程相较于正常飞行过程,运动幅度大、强度高,对飞行模拟机采用的洗出算法提出了更高的要求。传统算法基于滤波器... 详细信息

近年来飞机失控已成为飞行事故的主要原因,使用飞行模拟机进行失控改出训练具有安全性和经济性等方面的优势。飞机失控改出过程相较于正常飞行过程,运动幅度大、强度高,对飞行模拟机采用的洗出算法提出了更高的要求。传统算法基于滤波器,结构简单,计算量小,但对约束的处理能力不足,且参数固定或较难调节,为提高运动仿真逼真度,充分利用模拟机运动平台的工作空间,本文基于模型预测控制原理,结合人体前庭感知模型,设计了面向失控改出训练的六自由度洗出算法,构建了算法仿真平台,对典型飞机失控改出情景进行了仿真实验,并结合模糊控制方法对算法参数进行了调节与优化。首先介绍了模拟机的飞机失控和改出训练问题,随后以经典洗出滤波算法为例,介绍了洗出算法的基本结构、介绍了坐标转换、倾斜协调、人体前庭系统等基本理论和洗出算法的逼真度评价问题,并对经典洗出算法进行了仿真和参数分析,讨论了传统算法在失控改出情境下的不足。简要介绍了模型预测控制的基本原理,结合人体耳石和半规管数学模型,以线性系统状态方程的形式,建立了六自由度感知运动的线性时不变预测模型,并设计代价函数和约束,完成了基于模型预测控制的洗出算法。为对算法进行验证,结合GTM工具箱及Flight Gear软件,构建了包含飞行动力学模型、数据预处理、洗出算法、视景系统、模拟机等模块的UPRT洗出算法仿真平台,利用平台对几种洗出算法进行了仿真实验,并分析了算法的参数敏感性。实验结果表明,建立的模型预测控制洗出算法在满足约束的基础上,相比经典洗出算法,逼真度和空间利用率均有提高。为更好的适应失控改出训练,优化算法的参数调节过程,结合模糊控制原理,设计模糊控制器实现算法参数的自适应调整,进一步提高了运动模拟逼真度。

关键词：飞行模拟机洗出算法失控改出训练模型预测控制模糊控制

基于模糊控制的六自由度飞行模拟机洗出算法优化

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基于模糊控制的六自由度飞行模拟机洗出算法优化

作者：丁浩上海工程技术大学

学位级别：硕士

飞行员的训练不可能一开始直接就在空中进行,这样的话会增加训练的风险,而且这样的危险一旦发生后果将非常的严重。同时在讲授很多的基本的飞行理论的时候也是需要一个类似飞机的模型给学习者进行试验,这样就会更加有助于学习者对知识... 详细信息

飞行员的训练不可能一开始直接就在空中进行,这样的话会增加训练的风险,而且这样的危险一旦发生后果将非常的严重。同时在讲授很多的基本的飞行理论的时候也是需要一个类似飞机的模型给学习者进行试验,这样就会更加有助于学习者对知识的掌握。而这样的一个模拟仿真设备就是这里需要研究的电动六自由度飞行模拟机仿真平台,这样不仅可以方便学习同时可以降低成本,使得学习更加方便。采用飞行模拟器代替实装飞机的飞行训练,可以大量节省航空燃料,减少燃烧尾气和二氧化碳的排放量,环保效益巨大。目前我国整个民航业现有的飞行模拟机都是从国外进口的,制造模拟机必须提供飞机的飞机参数、飞行数据、性能参数、动力学性能等资料,也就是国外完全掌握我国民用飞机的技术状况,既化费了大量资金、又泄流了技术机密。所以对电动六自由度飞机模拟机的研究具有很高的价值,对我国未来的大飞机发展具有非常重要的影响。飞行模拟机在飞行的过程中,在实现各个动作的过程中,给试飞人员带来的动态感觉是最重要的,如果在飞行模拟机上飞行的感觉与真实的飞机飞行的感觉能够越来越接近,才能说明模拟机的效果越好。为此,缩小模拟飞行感觉与真实飞行的感觉差距,是衡量模拟机性能的重要参数,也是重点和难点,也是未来该领域需要重点研究和解决的问题。针对以上提出的问题,本文将从经典的控制方法出发,研究基于模糊控制理论的六自由度飞行模拟机洗出滤波控制方法的优化,使得模拟机带给飞行员的飞行动感与真实飞机飞行的动感在原来的基础上更加的接近,给试飞人员带来更好的动感体验。本文将通过分析、实验等多种方法对飞行的参数进行优化,最后使用MATLAB软件设计SIMULINK框图,并且进行仿真得到的飞行曲线与传统的曲线进行比较,得出在优化后的曲线与真实飞行的动感更加的接近,最终将优化后的结果在模拟机上进行试飞和验证。

关键词：电动六自由度飞行模拟器控制系统洗出算法模糊控制

Stewart平台洗出算法研究及实验平台系统构建开发

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Stewart平台洗出算法研究及实验平台系统构建开发

作者：刘伟超中国民航大学

学位级别：硕士

经典洗出算法在应用于飞行模拟器时存在信号丢失、感觉延迟过高以及适应性不强的缺陷。为使飞行模拟器具有更高的动感逼真度,重点对六自由度运动平台的运动学、算法结构改进策略、算法参数优化方法进行了相关研究。为了分析洗出算法的... 详细信息

经典洗出算法在应用于飞行模拟器时存在信号丢失、感觉延迟过高以及适应性不强的缺陷。为使飞行模拟器具有更高的动感逼真度,重点对六自由度运动平台的运动学、算法结构改进策略、算法参数优化方法进行了相关研究。为了分析洗出算法的改进效果,对洗出算法进行仿真分析,同时构建运动试验平台从而进行试验分析。对Stewart平台进行运动学解析,并导出其坐标系变换矩阵,阐明了模拟器位姿信号的处理方式,同时也对运动平台进行了反解解算;结合人体感知模型,对经典洗出算法的输出曲线进行研究,得出洗出算法参数调节的经验,为洗出算法的参数优化提供了方向;对飞行模拟器运动试验平台进行了搭建,研究洗出滤波器的数值化方法,将整体的洗出算法数字化后,将其在Lab VIEW平台上进行复现,并完成了飞行模拟器运动试验平台上位机系统的开发,与下位机的六自由度运动平台通讯实现仿真与试验的联动。在洗出算法结构优化方面,针对经典洗出算法在应用于飞行模拟器时存在的信号丢失以及适应性不强的缺陷,提出一种多重滤波信号补偿的洗出算法优化方案。分析经典洗出算法中信号丢失的环节,截取丢失信号并采取深度滤波策略进行深度滤波,依据人体感知误差与运动平台的动作余量,将多重滤波后的信号以自适应的比例分别补偿到洗出算法三个通道中,实现最大程度上减小信号损失,从而减少了人体感知误差。在洗出算法参数优化方面,由于洗出算法参数的调整很大程度上影响其性能,针对目前经典洗出算法应用于飞行模拟器时参数调整的不足,提出一种基于MOEA/D多目标优化的改进洗出算法。将人体感知误差、洗出位移、模拟加速度误差作为优化目标,以运动空间为限制条件,采用基于分解的多目标优化算法对洗出算法参数进行同步寻优,并利用模糊隶属度函数得到最优解。针对以上对洗出算法的不同优化方案,利用相关的仿真工具以及构建起来的运动试验平台,进行了对比仿真和试验,结果表明以上的两种改进方案均一定程度上增加了运动平台的动感模拟逼真度。

关键词：洗出算法 Stewart平台多重滤波信号补偿 MOEA/D多目标优化

基于模糊自适应洗出算法的飞行模拟器动感研究

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基于模糊自适应洗出算法的飞行模拟器动感研究

作者：刘伟南京航空航天大学

学位级别：硕士

飞行模拟器是一种能够逼真复现飞机空中飞行的半物理地面仿真设备,由于飞行模拟器具有成本低、可靠性强、安全性高、应用灵活以及高逼真度等特点,已经成为飞行员训练、飞机研发以及飞行运行安全研究等方面不可缺少的重要装备之一。在我... 详细信息

飞行模拟器是一种能够逼真复现飞机空中飞行的半物理地面仿真设备,由于飞行模拟器具有成本低、可靠性强、安全性高、应用灵活以及高逼真度等特点,已经成为飞行员训练、飞机研发以及飞行运行安全研究等方面不可缺少的重要装备之一。在我国自主研制民用大型运输机C919的背景下以及民用飞机大量增加,安全性要求不断增高的情况下,对具有高逼真度的飞行模拟器的需求变得越来越急迫。洗出算法是模拟器在有限的运动行程内提供无限动感的关键算法,计算结果的逼真程度直接影响着模拟器的性能,对洗出算法的优化研究是提高飞行模拟器逼真度的一种重要方法。本文对并联六自由度运动平台进行了系统的运动学分析;建立了飞行模拟器的坐标系;对六自由度平台的运动学正解与反解过程进行了分析;研究了上体运动平台运动速度和加速度以及作动缸的伸缩速度与加速度,且分析出上体运动平台与作动缸之间的运动关系,并以此求解出平台的运动参数。以经典洗出算法为优化对象,通过粒子群算法,并在平台运动范围与满足人体感觉机制以及回位时间等约束条件下进行经典洗出算法参数的选取。通过优化参数提高飞行模拟器的逼真度。采用模糊控制的方法以便于达到滤波器参数自适应调整的目的,并在模糊规则建立与参数清晰化过程中使用改进遗传算法提高运动平台的空间利用率,从而提高模拟逼真度。通过MATLAB中SIMULINK仿真模块进行了仿真实验,通过仿真以及各类输入输出信号的对比分析表明,本文研究改进的模糊自适应洗出算法,能够有效改善模拟运动临场感、回位时间、响应速度,以及明显提高对所研究飞行模拟器六自由度运动平台运动范围的利用率。

关键词：飞行模拟器洗出算法模糊控制模糊规则粒子群