CN116882208A - 一种操纵负荷系统可脱开功能仿真系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种操纵负荷系统可脱开功能仿真系统及方法，包括独立的两组伺服驱动器、两组力传感器、两组电机和两组机械连接结构共用一组控制器；其中，所述控制器以及两组伺服驱动器、两组力传感器共同构成随动系统，所述随动系统包括力感计算实现模块，所述力感计算实现模块分为内环和外环两个部分，外环负责操纵力感的计算，内环控制操纵力感的实现；本发明可以弥补当前高等级设备无法模拟部分飞机操纵杆可脱开功能的现状，同时设置了随动系统用于实现主驾操纵机构与副驾操纵机构之间的互相位置跟随，并在跟随系统上集成了比例分担控制模块，通过主驾和副驾力传感器的数值进行交叉传递，实现主驾和副驾之间力感进行分担的技术效果。

Description

一种操纵负荷系统可脱开功能仿真系统及方法

技术领域

本发明属于飞行训练技术领域，尤其是涉及一种操纵负荷系统可脱开功能仿真系统及方法。

背景技术

飞行模拟机是用于模拟飞行器飞行的机器，主要用于对飞行员进行训练。飞行模拟器操纵负荷系统是飞行模拟机的重要组成部分，它向飞行员提供操纵力的人感系统，同时还要完成操纵面偏角的实时计算。飞行模拟机的级别从A到D级，模拟机级别越高，对飞机飞行性能的还原度越高，适配于高等级飞行模拟机的操纵负荷系统一般都是定制化开发，要根据被仿真飞机的具体情况来设计通道数以及操纵力感模型。

飞机驾驶员一般分为主驾和副驾两个操纵位置，两个操纵位置都可以进行飞行操纵，但是主驾和副驾基本不会同时控制飞机飞行。基本上是一侧控制飞行，另外一侧随动。飞机操纵是保证安全飞行的至关重要的因素，飞机制造商为了增强安全性，增加了两侧操纵位置的可脱开功能，也即碰到一侧卡阻时，主驾和副驾可以脱开，单独用不卡阻的一侧操纵飞机。目前应用了该设计的有波音737以及ARJ21等主流机型；公开号为CN113460288A的申请公开了一种用于控制飞行器的主动式方向舵脚蹬组件及飞行器，其通过两个方向舵脚蹬单元彼此独立的分别与飞行器的控制单元通信连接，通过两个飞行器控制单元的电气耦合联动，以主轴连接叠加脱开机构的设置，实现实际操纵飞机时主驾和副驾的正常驾驶以及脱开后操控，其方向舵脚蹬的可脱开方式在实际使用中存在诸多问题一般需要对其进行仿真模拟，对于高等级的飞行模拟机，可脱开功能是一个很重要的故障训练项目，但其本身系统采用了脱开前的主轴连接设置，借此在力矩传感器输出超过阈值后判断发生卡阻后使用脱开机构进行脱开，因此在实际模拟上述可脱开功能时，由于数值模拟过程中不存在可以接受反馈的真实工作机构提供的各项传感反馈，难以对其直接进行模拟，另一方面低等级模拟机的操纵负荷系统一般是一个电机带动两侧的操纵杆，通过机械连接的方式令两侧操纵杆联动，这种设计无法仿真可脱开功能。

综上可见，如何实现操纵负荷系统可脱开功能仿真是现有技术中存在的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种操纵负荷系统可脱开功能仿真方法，以适用于高等级的飞行训练设备。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：一种操纵负荷系统可脱开功能仿真系统，包括主仿真计算机、控制器、伺服驱动器、力传感器、电机和机械连接结构；

所述控制器用于控制操纵负荷系统，并通过伺服驱动器控制电机和机械连接结构，所述电机和机械连接结构组成操纵机构，所述操纵机构分为主驾操纵机构以及副驾操纵机构；

所述电机和机械连接结构用于给飞行员提供操纵力反馈；所述力传感器用于实时采集操纵力的力感大小，并将采集结果反馈给控制器；

所述伺服驱动器、力传感器、电机和机械连接结构设置有独立的两组，独立的两组伺服驱动器、两组力传感器、两组电机和两组机械连接结构共用一组控制器；其中，所述控制器以及两组伺服驱动器、两组力传感器共同构成随动系统，所述随动系统包括力感计算实现模块，所述力感计算实现模块分为内环和外环两个部分，外环负责操纵力感的计算，内环控制操纵力感的实现。

其中，所述随动系统用于判断主驾力传感器采集的数值是否大于副驾力传感器采集的数值，若主驾力传感器的数值大于副驾力传感器的数值，则主驾操纵机构一侧进行实际位置和舵面位置的计算，副驾操纵机构一侧同步主驾操纵机构一侧的实际位置以及舵面位置以实现位置的跟随；若副驾力传感器的数值大于主驾力传感器的数值，则副驾操纵机构一侧进行实际位置和舵面位置的计算，主驾操纵机构一侧同步副驾操纵机构一侧的实际位置以及舵面位置以实现位置的跟随。

其中，所述操纵机构为方向舵脚蹬、驾驶杆升降舵以及驾驶盘副翼中的任意一种。

其中，所述随动系统还包括比例分担控制模块，所述比例分担控制模块包括两种工作模式，所述比例分担控制模块的工作模式一为：将副驾力传感器的数值传递到主驾一侧的外环，主驾一侧的外环计算得到的操纵力感减去副驾力传感器的数值得到主驾一侧新的操纵力感数值，主驾一侧新的操纵力感数值传递给主驾一侧的内环，主驾一侧的内环依据主驾力传感器的数值以及新的操纵力感数值进行内环仿真；所述比例分担控制模块的工作模式二为：将主驾力传感器的数值传递到副驾一侧的外环，副驾一侧的外环计算得到的操纵力感减去主驾力传感器的数值得到副驾一侧新的操纵力感数值，副驾一侧新的操纵力感数值传递给副驾一侧的内环，副驾一侧的内环依据副驾力传感器的数值以及副驾一侧新的操纵力感数值进行内环仿真；所述工作模式一与工作模式二同时运行，将主驾和副驾力传感器的数值进行交叉传递，实现力感的任意比例分担功能。

其中，所述仿真系统还包括安全保障模块以及通讯模块，安全保障模块用于监测电机速度、位置以及主、副驾力传感器数值，当参数超过阈值时断开操纵，保障训练人员的安全；通讯模块用于实现操纵负荷系统与主仿真计算机的通讯，通过实时通讯保障操纵力感仿真的连续性。

其中，一种操纵负荷系统可脱开功能仿真方法，用于驱动前述的一种操纵负荷系统可脱开功能仿真系统，其特征在于：

S1、首先由飞行教员在主仿真计算机上判断是否激活主驾或者副驾的卡阻故障，如果是则进行步骤S2，否则进行步骤S4和S7；

S2、判断主驾力传感器的数值以及副驾力传感器的数值中任意一个数值是否大于预先设定的断开阈值，如果是则进行步骤S3，否则将主驾通道以及副驾通道两个通道都做卡阻故障模拟；

S3、将主驾通道以及副驾通道两个通道断开连接，主驾以及副驾中没有卡阻的一侧依据自身通道力传感器值进行操纵仿真，卡阻的一侧做卡阻故障模拟；

S4、判断主驾一侧的力传感器采集的数值是否大于副驾一侧力传感器采集的数值，如果是进行步骤S5,否则进行步骤S6；

S5、主驾一侧进行实际位置和舵面位置的计算，副驾一侧同步主驾一侧的实际位置以及舵面位置，来实现副驾操纵机构对主驾操纵机构的位置跟随；

S6、副驾一侧进行实际位置和舵面位置的计算，主驾一侧同步副驾一侧的实际位置以及舵面位置，来实现主驾操纵机构对副驾操纵机构的位置跟随；

S7、力感分担，主驾一侧依据主驾一侧外环计算得到的操纵力感减去副驾力传感器的数值得到主驾一侧新的操纵力感数值，将主驾一侧新的操纵力感数值传递给主驾一侧的内环，主驾一侧内环依据主驾一侧新的操纵力感数值和主驾力传感器数值进行内环仿真；副驾一侧依据副驾一侧外环计算得到的操纵力感减去主驾力传感器的数值得到副驾一侧新的操纵力感数值，将副驾一侧新的操纵力感数值传递给副驾一侧的内环，副驾一侧内环依据副驾一侧新的操纵力感数值和副驾力传感器数值进行内环仿真。

其中，在步骤S7之后还包括仿真效果验证步骤，所述仿真效果验证具体步骤如下：

1）验证慢慢操纵主驾操纵机构时副驾操纵机构的实际位置以及舵面位置的跟随性能；验证慢慢操纵副驾操纵机构时主驾操纵机构的实际位置以及舵面位置的跟随性能；上述操纵过程均为全行程操纵，操纵过程持续30秒；

2）、验证快速操纵主驾操纵机构时副驾操纵机构的实际位置以及舵面位置的跟随性能；验证快速操纵副驾操纵机构时主驾操纵机构的实际位置以及舵面位置的跟随性能，其操作过程需要把操纵机构拉到最大行程处，然后松开操纵机构令其自由响应；

3）验证主、副驾两个驾驶人分别同时操纵主、副驾操纵机构时，主、副驾力传感器采集到的数值之和与主、副驾通道自身的目标力匹配的效果，验证比例分担控制模块的力感分担功能。

其中，在步骤S1之前还包括操纵机构性能验证步骤，所述操纵机构性能验证步骤具体如下：

验证主副驾的操纵机构行程是否足够且一致；

验证操纵机构的机械连接结构是否有空行程；

验证操纵机构的机械连接结构刚性是否足够，在力感较大的情况下无明显弹性形变；

验证主驾通道以及副驾通道两个通道的摩擦力、空行程一致且低于真机结构。

本申请还涉及一种电子设备，包括处理器以及与处理器通信连接，且用于存储所述处理器可执行指令的存储器，其特征在于：所述处理器用于执行前述的一种操纵负荷系统可脱开功能仿真方法。

本申请还涉及一种服务器，包括至少一个处理器，以及与所述处理器通信连接的存储器，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述处理器执行，以使所述至少一个处理器执行前述的操纵负荷系统可脱开功能仿真方法。

相对于现有技术，本发明所述的一种操纵负荷系统可脱开功能仿真系统及方法具有以下有益效果：

（1）本发明所述的一种操纵负荷系统可脱开功能仿真方法，可以弥补当前高等级设备无法模拟部分飞机操纵杆可脱开功能的现状，提高了仿真逼真度；

（2）本发明还独创性的设置了跟随系统，由于可脱开功能仿真结构设计导致主驾和副驾的驾驶杆之间进行连接的机械结构的缺失，且在模拟时需要对脱开前后的状态进行模拟，本申请还创新性的设置了随动系统用于实现主驾操纵机构与副驾操纵机构之间的互相位置跟随，通过随动系统实现对不脱开的主驾和副驾的驾驶杆之间进行连接的机械结构的模拟；

（3）本发明还设置了在跟随系统上集成了比例分担控制模块，通过使主驾和副驾的力传感器的数值进行交叉传递，按照主驾和副驾分别对主驾操纵机构以及副驾操纵机构施加的实时力感的大小，将主驾和副驾之间的力感动态比例分配，其比例由操作时实际主驾操纵机构以及副驾操纵机构施加的实时力感决定，通过比例分担控制模块的控制实现主驾和副驾之间的力感的比例分担。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为现有技术原操纵负荷系统电气结构图；

图2为现有技术原操纵负荷系统机械结构图；

图3为本发明实施例所述的操纵负荷系统电气结构图；

图4为本发明实施例所述的操纵负荷系统机械结构图；

图5为本发明实施例所述的操纵负荷系统流程图；

图6为本发明实施例所述的操纵负荷系统逻辑图；

图7为本发明实施例所述的操纵负荷验证系统图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

本发明是为了解决现有操纵负荷系统无法模拟可脱开功能的问题，适用于高等级的飞行训练设备。

操纵负荷系统硬件的组成分为控制器、伺服驱动器、力传感器、电机以及机械连接结构四个部分。控制器和伺服驱动器是操纵负荷系统的大脑，负责运动控制的算法运行；电机和机械连接部分是执行机构，负责令飞行员直观感受到操纵力感的变化；传感器位于机械连接结构上，实时采集操纵力感的大小，提供给控制器做力感实现。

其中，图1和图2是原有的常见的操纵负荷系统驾驶杆通道仿真方法涉及的电气结构图和机械结构图，主驾和副驾的驾驶杆通过机械结构连接在一起，共用一个力传感器和电机，图1示出了现有技术中的通过机械结构连接的主驾和副驾，其仅用于模拟现有技术中的一侧控制飞行，另外一侧随动的操纵状态，其具有随动功能简单易于实现的特点（通过机械结构之间的连接实现随动），可模拟大部分飞机飞行时的真实状态，但当模拟真实飞机遇到一侧卡阻等异常情况时，其机械结构刚性连接的属性决定了其并不能模拟脱开后的主驾和副驾的操纵状态；图3和图4分别为本方案提及的操纵负荷系统电气结构图和操纵负荷系统机械结构图；图5为操纵负荷系统流程图，涉及逻辑判断关系；图6为操纵负荷系统逻辑图，涉及主驾电机、副驾电机与力传感器、驱动器以及控制器之间的关系；图7为操纵负荷验证系统图，涉及主仿真计算机、通讯模块、力感计算实现模块和安全保证模块之间的关系。

为了解决上述模拟脱开后的主驾和副驾操纵的技术问题，本申请设置了升级的操纵负荷系统驾驶杆通道仿真方法，其伺服驱动器、力传感器、电机和机械连接结构设置有独立的两组，独立的两组伺服驱动器、力传感器、电机和机械连接结构共用一组控制器，两侧的驾驶杆互不干涉，各自使用独立的力传感器和电机。每个电机对应着一个独立的伺服驱动器，拥有一个共用的控制器，伺服驱动器与电机和控制器之间电性相连。可以看出来，此时主副驾的驾驶杆已经完全不通过机械结构连接了，这种状态下要求仿真两个驾驶杆脱开以及脱开后的功能很容易，但是与此同时面临着模拟现有技术中的控制一侧控制飞行，另外一侧随动的操纵状态的主驾和副驾的驾驶杆之间进行连接的机械结构的缺失，导致对于仿真无人操纵侧驾驶杆顺滑随动增加了难度，因此本申请基于可脱开设置的两侧的驾驶杆互不干涉的机械结构进一步设计了相应的随动系统对原有的操纵负荷系统进行改进，以解决上述模拟脱开后的主驾和副驾操纵的技术问题。也即本申请主要通过升级操纵负荷系统的核心控制结构来实现跟随功能。

由于机械结构的变化（主驾和副驾的驾驶杆之间进行连接的机械结构的缺失），且在模拟时需要对脱开前后的状态进行模拟，此时对本申请的随动系统功能提出了较高的要求，即本申请通过上述操纵负荷系统的随动系统实现对不脱开的主驾和副驾的驾驶杆之间进行连接的机械结构的模拟。

基于此，本申请的操纵负荷系统还包括随动系统，所述随动系统包括力感计算实现模块，所述力感计算实现模块分为内环和外环两个部分，外环负责操纵力感的计算，内环控制操纵力感的实现；外环算法因飞机而异，每一台都需要做定制化的开发，内环采用传统PID控制算法，通过伺服运动控制实现真实的操纵力感。所述随动系统用于判断主驾力传感器采集的数值是否大于副驾力传感器采集的数值，若主驾力传感器的数值大于副驾力传感器的数值，则主驾一侧进行实际位置和舵面位置的计算，副驾一侧同步主驾一侧的实际位置以及舵面位置以实现位置的跟随；若副驾力传感器的数值大于主驾力传感器的数值，则副驾一侧进行实际位置和舵面位置的计算，主驾一侧同步副驾一侧的实际位置以及舵面位置以实现位置的跟随；通过上述跟随及系统的设置，实现了操纵负荷系统的可脱开功能的模拟以及正常情况下一侧控制飞行，另外一侧随动的操纵状态的模拟之间进行切换。

通过上述随动系统的设置使主驾和副驾的内环和外环分别进行了实际位置和升降舵舵面位置的同步，进一步的，为了实现力感的任意比例分担功能，主驾和副驾力传感器的数值也需进行交叉传递，基于此在上述的随动系统的基础上设置了比例分担控制模块实现主驾和副驾之间力感进行分担的技术效果。即所述随动系统副驾力传感器的数值传递到主驾一侧的外环，主驾一侧的外环计算得到的操纵力感减去副驾力传感器的数值得到主驾一侧新的操纵力感，主驾一侧新的操纵力感传递给主驾一侧的内环，主驾一侧的内环依据主驾力传感器的数值以及新的操纵力感进行内环仿真。类似的，主驾力传感器的数值传递到副驾一侧的外环，副驾一侧的外环计算得到的操纵力感减去主驾力传感器的数值得到副驾一侧新的操纵力感，副驾一侧新的操纵力感传递给副驾一侧的内环，副驾一侧的内环依据副驾力传感器的数值以及副驾一侧新的操纵力感进行内环仿真。

通过上述比例分担控制模块的设置，可以使主驾和副驾的力传感器的数值进行交叉传递，即按照主驾和副驾分别对主驾操纵机构以及副驾操纵机构施加的实时力感的大小，将主驾和副驾之间的力感动态比例分配，其比例由操作时实际主驾操纵机构以及副驾操纵机构施加的实时力感决定，通过比例分担控制模块的控制实现主驾和副驾之间的力感的比例分担。

此时可以得到用于驱动可脱开功能仿真系统的一种操纵负荷系统可脱开功能仿真方法，包括如下步骤：

S1、首先由飞行教员在主仿真计算机上判断是否激活主驾或者副驾的卡阻故障，如果是则进行步骤S2，否则进行步骤S4和S7；

S2、判断主驾力传感器的数值以及副驾力传感器的数值中任意一个数值是否大于预先设定的断开阈值，如果是则进行步骤S3，否则将主驾通道以及副驾通道两个通道都做卡阻故障模拟；

S3、将主驾通道以及副驾通道两个通道断开连接，主驾以及副驾中没有卡阻的一侧依据自身通道力传感器值进行操纵仿真，卡阻的一侧做卡阻故障模拟；

S4、判断主驾一侧的力传感器采集的数值是否大于副驾一侧力传感器采集的数值，如果是进行步骤S5,否则进行步骤S6；

S5、主驾一侧进行实际位置和舵面位置的计算，副驾一侧同步主驾一侧的实际位置以及舵面位置，来实现副驾操纵机构对主驾操纵机构的位置跟随；

S6、副驾一侧进行实际位置和舵面位置的计算，主驾一侧同步副驾一侧的实际位置以及舵面位置，来实现主驾操纵机构对副驾操纵机构的位置跟随；

S7、力感分担，主驾一侧依据主驾一侧外环计算得到的操纵力感减去副驾力传感器的数值得到主驾一侧新的操纵力感数值，将主驾一侧新的操纵力感数值传递给主驾一侧的内环，主驾一侧内环依据主驾一侧新的操纵力感数值和主驾力传感器数值进行内环仿真；副驾一侧依据副驾一侧外环计算得到的操纵力感减去主驾力传感器的数值得到副驾一侧新的操纵力感数值，将副驾一侧新的操纵力感数值传递给副驾一侧的内环，副驾一侧内环依据副驾一侧新的操纵力感数值和副驾力传感器数值进行内环仿真。

进一步的，还可以将随动系统的激活功能集成在所述操纵负荷系统上，在激活主/副驾任意一侧的卡阻故障并且主/副驾力传感器的任意一个数据都小于预先设定的断开阈值时，实现主/副驾两侧通道都卡阻的模拟，即卡阻状态的位置跟随功能；当主驾力传感器的数值以及副驾力传感器的数值中任意一个数值大于预先设定的断开阈值时，将主驾通道以及副驾通道两个通道断开连接，主驾以及副驾中没有卡阻的一侧依据自身通道力传感器值进行操纵仿真，卡阻的一侧做卡阻故障模拟。

进一步的，操纵负荷系统还包括安全保障模块以及通讯模块。安全保障模块监测电机速度、位置以及力传感器数值，当参数超过阈值时断开操纵，保障训练人员的安全。通讯模块可以实现操纵负荷系统与主仿真计算机的通讯，实时通讯保障了操纵力感仿真的连续性。

进一步的，为了提高随动系统性能的可靠性和准确性，本申请还针对可脱开结构的硬件仿真定制了一套结构验证流程。需要采用第三方的力传感器和位置传感器来验证以上步骤，第三方传感器需直接安装在操纵机构上，测量驾驶杆处的真实数据。

在随动仿真效果实现后验证实际位置和舵面位置的跟随效果，以及主、副驾力感分担的效果；具体步骤如下：

1、验证慢慢操纵主驾操纵机构时副驾操纵机构的实际位置以及舵面位置的跟随性能；验证慢慢操纵副驾操纵机构时主驾操纵机构的实际位置以及舵面位置的跟随性能；上述操纵过程均为全行程操纵，操纵过程持续30秒；

2、验证快速操纵主驾操纵机构时副驾操纵机构的实际位置以及舵面位置的跟随性能；验证快速操纵副驾操纵机构时主驾操纵机构的实际位置以及舵面位置的跟随性能，其操作过程需要把操纵机构拉到最大行程处，然后松开操纵机构令其自由响应；

3、验证主、副驾两个驾驶人分别同时操纵主、副驾操纵机构时，主、副驾力传感器采集到的数值之和与主、副驾通道自身的目标力匹配的效果，验证比例分担控制模块的力感分担功能。

进一步的，为了展示本申请的操纵负荷系统在随动系统的操控下能达到的具体性能，需要开发相应的操纵负荷系统仿真效果验证模块，验证模块主要用于展示两套驾驶杆之间的随动效果以及CCAR60部（《飞行模拟训练设备的鉴定和使用规则》）要求的操纵负荷系统自身的性能数据。

在此基础上，本申请还设置了验证模块，验证模块的具体软件构成见图7。验证系统运行在控制器的验证模块上，验证模块前端利用当前流行的Vue框驾、采用Vue的MVVM开发模式，实现数据的双向绑定。验证模块后端通过Socket UDP协议与控制器/实时计算机通讯，将操纵负荷系统反馈数据整理为可呈现数据，再通过WebSocket传送到Web前端，加载到绑定数据上。在Web上以数据曲线的形式呈现出来，可以直观的看到两侧驾驶杆的位置随动效果，以及两侧驾驶杆位置以及操纵力曲线与真机的匹配效果。该软件的开发方便了客户在飞行模拟机集成未开始的情况下独立完成CCAR60部规定的针对操纵负荷系统的测试。由于该系统采用B/S框驾，用户可以在同一局域网内，在任何终端均可以访问该系统对设备运行的状态进行监控，方便为客户呈现调试效果。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及方法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的方法和系统，可以通过其它的方式实现。例如，以上所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。上述单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本发明实施例方案的目的。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种操纵负荷系统可脱开功能仿真系统，其特征在于：包括主仿真计算机、控制器、伺服驱动器、力传感器、电机和机械连接结构；

所述控制器用于控制操纵负荷系统，并通过伺服驱动器控制电机和机械连接结构，所述电机和机械连接结构组成操纵机构，所述操纵机构分为主驾操纵机构以及副驾操纵机构；

所述电机和机械连接结构用于给飞行员提供操纵力反馈；所述力传感器用于实时采集操纵力的力感大小，并将采集结果反馈给控制器；

所述伺服驱动器、力传感器、电机和机械连接结构设置有独立的两组，独立的两组伺服驱动器、两组力传感器、两组电机和两组机械连接结构共用一组控制器；其中，所述控制器以及两组伺服驱动器、两组力传感器共同构成随动系统，所述随动系统包括力感计算实现模块，所述力感计算实现模块分为内环和外环两个部分，外环负责操纵力感的计算，内环控制操纵力感的实现。

2.根据权利要求1所述的一种操纵负荷系统可脱开功能仿真系统，其特征在于，所述随动系统用于判断主驾力传感器采集的数值是否大于副驾力传感器采集的数值，若主驾力传感器的数值大于副驾力传感器的数值，则主驾操纵机构一侧进行实际位置和舵面位置的计算，副驾操纵机构一侧同步主驾操纵机构一侧的实际位置以及舵面位置以实现位置的跟随；若副驾力传感器的数值大于主驾力传感器的数值，则副驾操纵机构一侧进行实际位置和舵面位置的计算，主驾操纵机构一侧同步副驾操纵机构一侧的实际位置以及舵面位置以实现位置的跟随。

3.根据权利要求1所述的一种操纵负荷系统可脱开功能仿真系统，其特征在于，所述操纵机构为方向舵脚蹬、驾驶杆升降舵以及驾驶盘副翼中的任意一种。

4.根据权利要求2所述的一种操纵负荷系统可脱开功能仿真系统，其特征在于，所述随动系统还包括比例分担控制模块，所述比例分担控制模块包括两种工作模式：

比例分担控制模块的工作模式一为：将副驾力传感器的数值传递到主驾一侧的外环，主驾一侧的外环计算得到的操纵力感减去副驾力传感器的数值得到主驾一侧新的操纵力感数值，主驾一侧新的操纵力感数值传递给主驾一侧的内环，主驾一侧的内环依据主驾力传感器的数值以及新的操纵力感数值进行内环仿真；

比例分担控制模块的工作模式二为：将主驾力传感器的数值传递到副驾一侧的外环，副驾一侧的外环计算得到的操纵力感减去主驾力传感器的数值得到副驾一侧新的操纵力感数值，副驾一侧新的操纵力感数值传递给副驾一侧的内环，副驾一侧的内环依据副驾力传感器的数值以及副驾一侧新的操纵力感数值进行内环仿真；所述工作模式一与工作模式二同时运行。

5.根据权利要求1所述的一种操纵负荷系统可脱开功能仿真系统，其特征在于，所述仿真系统还包括安全保障模块以及通讯模块，安全保障模块用于监测电机速度、位置以及主、副驾力传感器数值，当参数超过阈值时断开操纵，保障训练人员的安全；通讯模块用于实现操纵负荷系统与主仿真计算机的通讯，通过实时通讯保障操纵力感仿真的连续性。

6.一种操纵负荷系统可脱开功能仿真方法，用于驱动权利要求1-5任一项所述的一种操纵负荷系统可脱开功能仿真系统，其特征在于：

S1、首先由飞行教员在主仿真计算机上判断是否激活主驾或者副驾的卡阻故障，如果是则进行步骤S2，否则进行步骤S4和S7；

S2、判断主驾力传感器的数值以及副驾力传感器的数值中任意一个数值是否大于预先设定的断开阈值，如果是则进行步骤S3，否则将主驾通道以及副驾通道两个通道都做卡阻故障模拟；

S3、将主驾通道以及副驾通道两个通道断开连接，主驾以及副驾中没有卡阻的一侧依据自身通道力传感器值进行操纵仿真，卡阻的一侧做卡阻故障模拟；

S4、判断主驾一侧的力传感器采集的数值是否大于副驾一侧力传感器采集的数值，如果是进行步骤S5,否则进行步骤S6；

S5、主驾一侧进行实际位置和舵面位置的计算，副驾一侧同步主驾一侧的实际位置以及舵面位置，来实现副驾操纵机构对主驾操纵机构的位置跟随；

S6、副驾一侧进行实际位置和舵面位置的计算，主驾一侧同步副驾一侧的实际位置以及舵面位置，来实现主驾操纵机构对副驾操纵机构的位置跟随；

S7、力感分担，主驾一侧依据主驾一侧外环计算得到的操纵力感减去副驾力传感器的数值得到主驾一侧新的操纵力感数值，将主驾一侧新的操纵力感数值传递给主驾一侧的内环，主驾一侧内环依据主驾一侧新的操纵力感数值和主驾力传感器数值进行内环仿真；副驾一侧依据副驾一侧外环计算得到的操纵力感减去主驾力传感器的数值得到副驾一侧新的操纵力感数值，将副驾一侧新的操纵力感数值传递给副驾一侧的内环，副驾一侧内环依据副驾一侧新的操纵力感数值和副驾力传感器数值进行内环仿真。

7.根据权利要求6所述的一种操纵负荷系统可脱开功能仿真方法，其特征在于，在步骤S7之后还包括仿真效果验证步骤，所述仿真效果验证具体步骤如下：

1）、验证慢慢操纵主驾操纵机构时副驾操纵机构的实际位置以及舵面位置的跟随性能；验证慢慢操纵副驾操纵机构时主驾操纵机构的实际位置以及舵面位置的跟随性能；上述操纵过程均为全行程操纵，操纵过程持续30秒；

2）、验证快速操纵主驾操纵机构时副驾操纵机构的实际位置以及舵面位置的跟随性能；验证快速操纵副驾操纵机构时主驾操纵机构的实际位置以及舵面位置的跟随性能，其操作过程需要把操纵机构拉到最大行程处，然后松开操纵机构令其自由响应；

3）、验证主、副驾两个驾驶人分别同时操纵主、副驾操纵机构时，主、副驾力传感器采集到的数值之和与主、副驾通道自身的目标力匹配的效果，验证比例分担控制模块的力感分担功能。

8.根据权利要求6所述的一种操纵负荷系统可脱开功能仿真方法，其特征在于，在步骤S1之前还包括操纵机构性能验证步骤，所述操纵机构性能验证步骤具体如下：

验证主副驾的操纵机构行程是否足够且一致；

验证操纵机构的机械连接结构是否有空行程；

验证操纵机构的机械连接结构刚性是否足够，在力感较大的情况下无明显弹性形变；

验证主驾通道以及副驾通道两个通道的摩擦力、空行程一致且低于真机结构。

9.一种电子设备，包括处理器以及与处理器通信连接，且用于存储所述处理器可执行指令的存储器，其特征在于：所述处理器用于执行上述权利要求6-8任一所述的一种操纵负荷系统可脱开功能仿真方法。

10.一种服务器，其特征在于：包括至少一个处理器，以及与所述处理器通信连接的存储器，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述处理器执行，以使所述至少一个处理器执行如权利要求6-8任一所述的一种操纵负荷系统可脱开功能仿真方法。