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Hello大家好,今天再为大家带来点与模拟飞行、模拟机相关的东东——六自由度平台! 上一期中为大家展示我们实际制作的MCP面板,面板处于模拟机构型的上半部分,包含控制、视景等,而今天为大家介绍的运动平台为下半部分,可以配合视景进行姿态的调节从而给予驾驶者更加真实的驾驶体验(就和4D电影异曲同工之妙)。 在MCP面板研制的同时,我们也在研究模拟机其他部件的实现,而六自由度平台就是其中的重中之重啦~
DuangDuangDuang~平台登场!
到底啥是六自由度平台? 这幅图是典型的模拟机构型,上方为模拟机机体,包含控制、视景等部分,而下方则为由六个支腿组成的运动平台。该平台的作用就是使得飞行员乘坐的模拟机可以配合视景形成相应姿态,令飞行员有身临其境之感。 这幅图生动地说明了何为六自由度。拿一个点来看,空间中有x,y,z三个坐标轴。它可以沿着这三个轴做平移运动,也可以绕着这三个轴做旋转运动。而这六个运动即为该点的六个自由度。 而对应到运动平台上,就有六自由度运动平台啦~
为了研究运动平台的控制原理及后续全动模拟机的研发,此次着重研究了平台的建模、控制以及与模拟飞行的连接,下面,让我用自行编程构建的模拟平台来详细讲解一下吧~ 由于并未使用实物,故建模时以查阅的资料为主给出部件的几何信息,重点在于配合时需保证对称性、完备性。 在matlab中,利用simulink相关工具,构建仿真环境。 六自由度平台主要可分为图上几个部分,数据来源、数据处理、洗出算法、伸缩量计算、控制律、作动器等方面。
在平台构建时,较为重要的一个环节为调参。 有两个部分需要进行调参,一是控制律部分,另一个则为洗出算法。 可能有些朋友对洗出算法不是太了解,简单地说,洗出算法是考虑到平台移动空间有限的情况下尽可能在一次机动动作后为下次动作做准备的算法,主要功能为协调角度、位置之间的关系,进行一次大机动后回归至中心位置。 为了体现真实飞行状况,编写程序从FSX中取出相应数据进行仿真。FSX中使用PMDG737型飞机,从地面滑跑起飞爬升,接着向右转向,后再改为平飞。在爬升期间,有爬升转平飞,平飞转爬升的情形出现。 视频中可以看到,飞机起飞时由常识可知模拟舱应为水平姿态,但在仿真中,为后倾的状态,其原因在于模拟机使用重力提供“推背感”,以提高真实性。 在此视频中,洗出的作用并不明显,请看下一个视频。 在此视频中,输入数据为小屋设计的阶跃信号,目的在于得到平台的阶跃响应曲线。前三分别为x,y,z加速度信号,后三个为x,y,z轴角速度信号。可以通过4个窗口观察到,当平台接受某个方向加速度信号后,会首先在该方向进行位移,同时进行倾转,至此完成了从位移到角度的洗出。而在接受角速度信号时,由于角速度信号往往为高频信号,故平台只对高频变化敏感。
简单总结一下,本次实现了基于洗出算法的六自由度平台仿真流程,要想应用到实际系统中,仍需解决很多问题,诸如负载、驱动扭矩、静态特性,动态特性等诸多问题。相信有建模的理论基础,将来如MCP面板一样实现实物的研发制作指日可待,我们也会不断为各位亲友更新动态哒!
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