CN114120755A - 一种适用于高等级飞行模拟机的动态力感非线性调整系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种适用于高等级飞行模拟机的动态力感非线性调整系统，包括硬件系统和软件系统，所述软件系统包括方向舵模块、可配平水平安定面模块和起落架模块，所述硬件系统包括飞机仿真计算机、操作负荷计算机和驱动执行机构。本发明通过系统由方向舵脚蹬、可水平安定面配平、重力放起落架三个通道的力感模拟调整系统组成，包含硬件与软件部分，硬件部分包括仿真计算机、操纵负荷计算机、位移和速度传感器以及伺服电机等组成，软件部分由飞行仿真计算机端与操纵负荷计算机端软件交互模块组成，可以搭建完整的操纵负荷力感系统仿真数字模型，包含惯性力、阻尼以及摩擦等非线性环节，满足D级模拟机精度的动态力感调整系统。

Description

一种适用于高等级飞行模拟机的动态力感非线性调整系统
技术领域
本发明涉及飞行模拟机技术领域，尤其涉及一种适用于高等级飞行模拟机的动态力感非线性调整系统。
背景技术
飞行模拟机又叫做飞行模拟器，就是用来模拟飞行器飞行的机器，其主要作用是用来对飞行员进行训练，飞行模拟机的级别从A到D级，模拟机的级别越高，对飞机飞行过程的还原度就越高，飞行模拟机操纵负荷系统是飞行模拟器的重要组成部分，其可以在飞行员进行训练时提供操纵感，从而使得飞行的还原度更高。
现有的飞行模拟机调整系统在使用时，以液压力和纯电力为主，液压力现有飞行模拟机操纵负荷系统，加载结构复杂，高精度的电液伺服阀加大了模拟机日常维护与维修成本，同时，液压系统的污染造成了力感模拟程度的不稳定，纯电的飞行模拟机操纵力感加载系统弥补了液压加载系统方式的缺点，但是力感调整系统仿真多建立在精确的数学模型基础上，以获取系统的线性模型，大都只能模拟静态力感，忽略了动态过程中实时产生的惯性力和阻尼力，一方面，飞行操纵系统多是非线性的，诸如摩擦、阻力等非线性特征则在现有操纵负荷系统中没有体现，另一方面长途飞行的飞行员需要保持操纵位置时，飞行上的操纵负荷辅助系统会自动的降低驾驶杆上的操纵反力，以减轻飞行员的疲劳，现有的操纵力感调整系统也多会忽略此类操纵辅助系统仿真建模，以操纵力感调整系统结构优化设计结合现代控制方法的纯电加载力感调整系统难以从控制精度与稳定性等角度提高力动态感仿真的模拟程度。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种适用于高等级飞行模拟机的动态力感非线性调整系统。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种适用于高等级飞行模拟机的动态力感非线性调整系统，包括硬件系统和软件系统，所述软件系统包括方向舵模块、可配平水平安定面模块和起落架模块，所述硬件系统包括飞机仿真计算机、操作负荷计算机和驱动执行机构，所述驱动执行机构包括操纵杆、力传感器、执行电机和和用于向操作负荷计算机传输参数的传感器机构。
优选地，所述飞机仿真计算机上设置有操作负荷计算部分，且操作负荷计算部分与驱动执行机构电性连接。
优选地，所述操作负荷计算机与飞机仿真计算机为数据交互式连接，且操作负荷计算机与驱动执行机构电性连接。
优选地，所述操作负荷计算机上设置有力感控制模型载体和显示界面部分，且力感控制模型载体与力传感器电性连接。
优选地，所述驱动执行机构设置有三组，且三组驱动执行机构分别与方向舵模块、可配平水平安定面模块、起落架模块一一对应。
优选地，所述力传感器与操纵杆之间通过传动机构连接，且力传感器与执行电机之间通过驱动器连接。
优选地，所述力传感器与操纵杆之间通过传动机构连接，且力传感器与执行电机之间通过驱动器连接。
优选地，所述传感机构分别与执行电机和操纵负荷计算机电性连接，且传感机构包括位移传感器、速度传感器和加速度传感器。
本发明与现有技术相比，其有益效果为：
1、通过系统由方向舵脚蹬、水平安定面配平、重力放起落架三个通道的力感模拟调整系统组成，包含硬件与软件部分，硬件部分包括仿真计算机、操纵负荷计算机、位移和速度传感器以及伺服电机等组成，软件部分由飞行仿真计算机端与操纵负荷计算机端软件交互模块组成，从而可以搭建完整的操纵负荷力感系统仿真数字模型，包含惯性力、阻尼以及摩擦等非线性环节；
2、通过将控制硬件参数化，按照控制功能将相关参数划分入飞行仿真与操纵负荷计算机软件端，根据机型不同按给定顺序调整不同计算机端软件控制参数以实现满足D级模拟机精度的动态力感调整系统。
附图说明
图1为本发明提出的一种适用于高等级飞行模拟机的动态力感非线性调整系统的组成结构示意图；
图2为本发明提出的一种适用于高等级飞行模拟机的动态力感非线性调整系统硬件部分的组成结构示意图；
图3为本发明提出的一种适用于高等级飞行模拟机的动态力感非线性调整系统软件部分的组成结构示意图。
图中：1操纵杆、2力传感器、3执行电机、4位移传感器、5速度传感器、6加速度传感器、7传动机构、8驱动器。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
参照图1-3，一种适用于高等级飞行模拟机的动态力感非线性调整系统，包括硬件系统和软件系统，软件系统包括方向舵模块、可配平水平安定面模块和起落架模块，硬件系统包括飞机仿真计算机、操作负荷计算机和驱动执行机构，驱动执行机构包括操纵杆1、力传感器2、执行电机3和用于向操作负荷计算机传输参数的传感器机构，飞机仿真计算机上设置有操作负荷计算部分，且操作负荷计算部分与驱动执行机构电性连接，实现飞行仿真计算机中操纵负荷计算模块与方向舵操纵模块、起落架模块以及可水平安定面配平模块之间的数据交互；
操作负荷计算机与飞机仿真计算机为数据交互式连接，且操作负荷计算机与驱动执行机构电性连接，实现飞机仿真计算机实时运算飞行仿真模型的飞行下的参数，操作负荷计算机的操纵参数进行交互，进而完成参数比较，最终调整后的参数可以与驱动执行机构交互；
操作负荷计算机上设置有力感控制模型载体和显示界面部分，且力感控制模型载体与力传感器2电性连接，力传感器2由于操纵杆1位置的变化所带来的操纵力的变化，将此数据发送给操纵负荷计算机中的力感控制模型载体，各种参数可以在操纵负荷计算机端以软件界面的形式提供给参数调整人员；
驱动执行机构设置有三组，且三组驱动执行机构分别与方向舵模块、可配平水平安定面模块、起落架模块一一对应，一组模块可以通过对应流程完成对一组驱动执行机构的调整；
力传感器2与操纵杆1之间通过传动机构7连接，且力传感器2与执行电机3之间通过驱动器8连接，操纵杆1位置变化所带来的操纵力的变化可以传导至力传感器2上，参数通过驱动器8将电信号转换成控制命令，完成对执行电机3的控制；
传感机构分别与执行电机3和操纵负荷计算机电性连接，且传感机构包括位移传感器4、速度传感器5和加速度传感器6，传感器部分的参数可以与操纵负荷计算机交互，配合操纵负荷计算机与飞机仿真计算机的参数计算。
本发明使用时，如图1-3所示，将不同飞机机型的参数导入飞机仿真计算机中，飞行仿真计算机中实时运算飞行仿真模型，计算出给定飞行状态下的飞行参数，并与操纵负荷计算机交互数据，操纵杆1随着飞行员的操纵而发生位置变化，力传感器2探测由于操纵杆1位置的变化所带来的操纵力的变化，将此数据发送给操纵负荷计算机中的力感控制模型载体，操纵负荷计算机根据接收到的力信号以及飞行仿真计算机传送过来的飞行状态、大气参数等信号，根据操纵力感控制模型解算飞行姿态调整参数，并与位移、速度与加速度检测到的飞行姿态调整参数比较，驱动执行电机3进行加载，实现操纵力感的调整，将动态力感调整参数划分为可调硬件参数与固定硬件参数，固定硬件参数由硬件参数校准过程后固定，可调硬件参数包含数字化建模过程中由于结构动态变化带来的参数变化模块，包含了惯性力、阻尼力、摩擦以及间隙等环节的参数调整，自动飞行模式下的动态操纵力感调整，通过电机双向转动机构，使得操纵杆1位移不变时使操纵杆1为零，从而消除杆力，将自动飞行模式下的控制系统模型纳入操纵力感控制模型中可选模，进而可以针对不同机型完成划分，从而可以满足D级模拟机精度的动态力感调整系统；
针对方向舵通道，飞行仿真计算机接收来自于操纵负荷计算机的方向舵模块发出的控制状态、失效状态信号，电机端所测量的位置、力信号，通过求导得出的速度信号，配平位置信号以及实际位置信号，飞行仿真计算机向操纵负荷计算机发送方向舵通道的气动位置偏移，自动驾驶衔接，配平初始位置，模型前向摩擦系数，液压增益，重置信号，模型前向阻尼、惯性参数等信号；
针对水平安定面配平通道，飞行仿真计算机接收来自于操纵负荷计算机的可配平水平安定面模块发出的控制状态、失效状态信号，控制前向测量位置、速度信号，前向测量位置、速度、力信号，水平安定面配平的速度和位置信号，飞行仿真计算机向操纵负荷计算机发送水平安定面配平通道的前向力输入，指令位置信号，指令速度信号，前向阻尼信号，前向惯性信号，前向摩擦系数信号，可配平水平安定面最大位置与最小位置信号，水平安定面配平速度限制信号等；
针对重力放起落架通道，飞行仿真计算机接收来自于操纵负荷计算机的起落架模块发出的控制状态、失效状态信号，控制前向测量位置、速度信号，起落架门锁打开以及起落架释放信号，飞行仿真计算机向操纵负荷计算机发送起落架通道控制状态、失效状态信号，前向力输入，指令位置信号，指令速度信号，前向阻尼信号，前向惯性信号，前向摩擦系数信号，起落架手轮最大位置与最小位置信号，速度限制信号等。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种适用于高等级飞行模拟机的动态力感非线性调整系统，包括硬件系统和软件系统，其特征在于，所述软件系统包括方向舵模块、可配平水平安定面模块和起落架模块，所述硬件系统包括飞机仿真计算机、操作负荷计算机和驱动执行机构，所述驱动执行机构包括操纵杆(1)、力传感器(2)、执行电机(3)和用于向操作负荷计算机传输参数的传感器机构。
2.根据权利要求1所述的一种适用于高等级飞行模拟机的动态力感非线性调整系统，其特征在于，所述飞机仿真计算机上设置有操作负荷计算部分，且操作负荷计算部分与驱动执行机构电性连接。
3.根据权利要求1所述的一种适用于高等级飞行模拟机的动态力感非线性调整系统，其特征在于，所述操作负荷计算机与飞机仿真计算机为数据交互式连接，且操作负荷计算机与驱动执行机构电性连接。
4.根据权利要求3所述的一种适用于高等级飞行模拟机的动态力感非线性调整系统，其特征在于，所述操作负荷计算机上设置有力感控制模型载体和显示界面部分，且力感控制模型载体与力传感器(2)电性连接。
5.根据权利要求1所述的一种适用于高等级飞行模拟机的动态力感非线性调整系统，其特征在于，所述驱动执行机构设置有三组，且三组驱动执行机构分别与方向舵模块、可配平水平安定面模块、起落架模块一一对应。
6.根据权利要求1所述的一种适用于高等级飞行模拟机的动态力感非线性调整系统，其特征在于，所述力传感器(2)与操纵杆(1)之间通过传动机构(7)连接，且力传感器(2)与执行电机(3)之间通过驱动器(8)连接。
7.根据权利要求1所述的一种适用于高等级飞行模拟机的动态力感非线性调整系统，其特征在于，所述传感机构分别与执行电机(3)和操纵负荷计算机电性连接，且传感机构包括位移传感器(4)、速度传感器(5)和加速度传感器(6)。
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