[发明专利]一种飞行力感模拟系统以及模拟方法

说明书

本发明提供了一种飞行力感模拟系统以及模拟算法，该飞行力感系统将来自外回路的模型力和施加的扰动力作为基本输入参数，以两者的合力作用于系统，以实现力闭环控制，对于施加的扰动力设置了补偿，以修正控制输出，同时将转动惯量以加速度的形式体现在控制策略中，从而达到更好的控制效果；并且，发送给外回路的位置信息是理论值，而非实际测量值，从而避免由于实际编码器测量值发散造成的模型力计算不精确及位置误差；这样，该基于力闭环控制的飞行力感模拟系统，提高了飞行模拟中的控制准确性和精度，从而更好地实现了力感跟踪。

技术领域

本发明涉及模拟算法和校准技术领域，具体涉及一种飞行力感模拟系统和模拟方法。

背景技术

自1903年第一架飞机诞生后，为减少未经训练人员驾驶飞机的风险性和掌握飞机的操纵技术和飞行感觉，模拟装置即应运而生。且随着科学技术的进步，模拟装置取得了一系列的进步。对于其中的飞行模拟机而言，主要是以准确的动感模拟、逼真的视觉模拟、听觉模拟、力感模拟以及真实的飞机故障模拟为目标。根据标准，飞行模拟机划分为A、B、C、D四个等级，其中D级最高，能够达到全任务飞行模拟、零时间飞行训练的水平。对于D级飞行模拟机来说，六自由度运动模拟系统和操纵负荷系统是其关键技术。操纵负荷系统是飞行模拟机中负责向飞行员提供逼真操纵力感的子系统，是飞行模拟机中不可或缺的核心部分。对当前操纵力感的逼真模拟可以使飞行员准确地感受到当前飞行状况，从而有效提高飞行员的训练效率；而错误失真的操纵力感会使飞行员形成错误的操作习惯，从而使飞行训练效率降低甚至失效。因此使用高性能的操纵负荷系统模拟操纵力感是飞行模拟机具有较高训练效率的基本前提。

在飞行模拟器操纵负荷控制系统中，常采用的控制方式是位置闭环控制、速度闭环控制和力闭环控制三种。通过已有的研究成果发现，如图1～图3，从跟踪控制精度和稳态误差方面看，力闭环控制优于速度闭环控制优于位置闭环控制，因此，提供一种基于力闭环控制的飞行力感模拟系统，以期提高飞行模拟中的控制准确性和精度，从而更好地实现力感跟踪，就成为本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于力闭环控制的飞行力感模拟系统，以期提高飞行模拟中的控制准确性和精度，从而更好地实现力感跟踪。本发明的另一目的是提供一种基于该飞行力感模拟系统的模拟方法。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种飞行力感模拟系统，包括：

力获取单元，用于获取来自外回路的模拟力以及外界施加的扰动力，并将该模拟力和扰动力的合力输出；

分析计算单元，用于接收所述力获取单元输出的合力，基于该合力计算转动惯量，并将计算得到的转动惯量以加速度的形式输出；

驱动控制单元，用于接收所述分析计算单元输出的加速度，基于该加速度计算模拟位置，并将该计算得到的模拟位置输出；

电机执行单元，用于根据所述驱动控制单元输出的模拟位置移动预设位移，并将移动后的实际位置输出；

位置输出单元，用于接收电机移动后的实际位置和所述分析计算单元计算得到的转动惯量，根据实际位置和转动惯量计算得到计算位置和位置误差反馈值，并将该计算位置输出至外回路、将位置误差反馈值输出至所述驱动控制单元。

进一步地，所述力获取单元还用于向所述分析计算单元输出力补偿，所述分析计算单元输出的模拟位置根据所述加速度和所述力补偿计算得出。

进一步地，所述力获取单元还用于向所述分析计算单元输出阻尼，所述分析计算单元输出的模拟位置根据所述阻尼、所述加速度和所述力补偿计算得到。

本发明还提供一种飞行力感模拟方法，基于如上所述的飞行力感模拟系统，包括以下步骤：

S1：获取来自外回路的模拟力以及外界施加的扰动力，并将该模拟力和扰动力的合力输出；