新型飞行模拟器六自由运动系统结构研究

新型大负载飞行模拟器六自由度运动系统是根据大型飞机飞行模拟器的特点,结合传统Stewart六自由度运动系统结构,提出的一种由气动单元提供支撑力、驱动单元提供驱动力的新型六自由度运动系统。它能在有效地提高运动系统承载能力的同时降低驱动单元的负载,使系统安全性得到了大幅度提高,为满足大型飞机飞行模拟器六自由运动系统要求提供了一条新的技术实现途径。在ADAMS平台上建立新型电动六自由度运动系统虚拟样机,结合飞行模拟器系统要求,通过对系统进行动态仿真、自由度分析、结构运动学和动力学分析。得到各驱动单元、气支撑单元以及各铰链在不同运动状态下的驱动力、行程范围、运动速度等特性曲线,为整个运动系统的设计与制造提供依据。     

临近空间对地观测平台的矢量化建模及稳定性分析

研究了临近空间对地观测平台的矢量化建模和稳定性问题.定义了描述观测平台空间运动的坐标系及运动参数;在受力分析的基础上,根据Newton-Euler方程建立了矢量形式的六自由度非线性数学模型;基于此模型,应用Lyapunov稳定性理论对观测平台的稳定性进行了分析.研究结果表明:对于给定的未扰运动,观测平台是渐近稳定的;纵...     

基于结构应变响应的高速枪击载荷识别的理论分析与实验方法

基于多自由度系统的运动微分方程和结构的几何方程推导出识别单一动态载荷的数学模型。并将此理论应用于枪击载荷的识别,获得了令人满意的结果。同时,给出了一套完整的动载识别的实验方法。     

4种形式的六自由度运动平台及其运动性能比较

通过讨论４种不同结构形式的六自由度运动平台，特别是比较其运动性能，证明：没有任何一种平台的性能在所有方面都优秀，某种平台只能在某些方面比较好．但Ｓｔｅｗａｒｔ平台的综合性能最好．     

基于RTX的船用六自由度运动稳定平台控制系统的工程应用

以实际应用为背景,介绍了六自由度运动稳定平台的机械结构及其控制系统的设计过程.采用"双速度环串级控制结构"设计了三轴陀螺稳定平台控制器.针对三轴仿真转台和三轴陀螺稳定平台实时控制的要求,讨论了基于RTX的实时控制系统设计和实现方法.测试结果证明,基于RTX的六自由度运动稳定平台控制系统达到了系统的设计指标,实时性高、工作稳定可靠.     

采用动网格技术的弹托分离仿真模型

针对一体化弹丸出炮口后弹托由与弹体接触到绕弹托质心做六自由度运动的过程,提出一种基于弹托分段分离运动并采用动网格技术耦合流体控制方程和六自由度运动方程的弹托分离仿真模型。以尾翼稳定脱壳穿甲弹为例,仿真分析不同马赫数下的弹托分离情况,并探讨弹托和弹体气动系数在分离过程中的变化情况。仿真结果表明:弹托分离马赫数越大,分离轨迹越靠近弹体且分离时间越短,但对地分离横向位移越大。通过与试验数据的对比,验证了所提弹托分离仿真模型的准确性。     

协调式六自由度运动平台的运动学分析

从平台的基本变换着手,用运动平台和固定平台间的矢量关系分析了协调式六自由度运动平台的运动学性能.给出了平台进行各种运动(平动、转动)时作动筒的位移、速度和加速度变化规律,并以一个具体实例对其进行了验证.     

潜艇操纵运动模型简化及仿真研究

潜艇运动为六自由度空间运动,具有强非线性和耦合性。针对运动预报、仿真及控制器设计等不同需要,建立兼顾准确、简洁的操纵运动模型十分重要。对潜艇运动标准方程进行简化,分别建立空间运动模型、平面非线性模型及平面线性模型。经过仿真和特征参数计算,验证了简化模型的合理性。通过比较分析,给出了不同机动条件下用于运动仿真和控制器设计的模型选用建议。     

某型近距格斗导弹数字仿真

针对某型近距格斗导弹的特点,建立了导弹六自由度动力学方程、目标运动方程、导弹状态方程、导弹推力矢量与气动力复合控制模型和大气环境模型,在此基础上,通过数字仿真计算了一定条件下该弹的攻击区.     

潜艇应急上浮六自由度运动及黏性流场数值模拟

为揭示潜艇应急上浮过程中的强非线性运动及水动力作用规律,基于RANS方程及流体体积模型,针对Suboff标模建立了潜艇应急上浮数值预报方法。通过开展不同纵倾攻角及斜航漂角下全附体模型的水动力计算,验证了该计算方法的有效性,确定了其适用范围,进而结合整体动网格技术模拟了潜艇的应急上浮过程,获得了艇体六自由度运动的时历参数及流场细节信息。数值模拟结果表明该方法能够较合理地描述潜艇上浮的运动规律,也证明了该方法在潜艇上浮多自由度运动及水动力性能研究中的潜力和适用性。     

基于对偶四元数的航天器六自由度相对运动输入有界控制

利用对偶四元数的理论来分析航天器六自由度的相对运动,设计了一种考虑输入有界的姿轨一体化控制器。在介绍对偶数和对偶四元数的基础上推导六自由度相对运动的姿轨耦合模型;利用双曲正切函数绝对值小于1的特性来显式地构造有界控制器,分别设计两个相互耦合的自适应调节律来动态地改变控制器的输出,并基于李雅普诺夫稳定性理论严格证明了闭环系统的全局渐近稳定性;利用数学仿真实验来验证该控制器和控制力满足给定的约束条件,能够实现航天器六自由度相对运动的精确稳定控制,并且对模型参数不确定性和外界扰动具有鲁棒性。与其他方法相比,由该控制器计算得到的控制力矩器的收敛速度更快,输出的控制力矩和控制力的最大幅值更小,且消耗的能量也更少。     

无人机数字仿真平台的设计与实现

针对飞控系统的快速设计、测试和验证需求,在MATLAB/Simulink环境下构建了无人机数字仿真平台。该平台基于层次化、模块化思想,采用商用Simulink工具箱经用户定制设计而成。建立了仿真平台的通用框架和六自由度非线性全耦合运动学方程,考虑了重心变化、环境状况以及传感器与执行机构特性等实际情况,基于Stateflow与Simulink一体化设计了多模态飞控系统,实现了无人机全过程飞行仿真和稳态飞行仿真。仿真结果表明,该平台具有良好的逼真度,能够较真实的模拟实际飞行过程。     

惯组动态测试台误差分析及附加运动补偿算法

为了完成惯组的高精度、大动态测试任务,基于Gough-Stewart平台设计了电动六自由度惯组动态测试台。建立了系统的误差模型并分析了电动缸长度误差对系统精度的影响,分析了电动缸在惯组动态测试台运动过程中产生的被动螺旋附加运动,并对该运动补偿算法进行了研究。对被动螺旋附加运动产生的误差进行量化分析,结果表明,被动螺旋附加运动对惯组动态测试台的位姿精度存在非常显著的影响。为了消除该影响,编制了补偿算法,并将其应用于惯组动态测试台的实时控制系统中。实验结果表明,经过算法补偿后,惯组动态测试台的位姿精度达到了设计指标要求。     

空间机器人抓捕任务的六自由度同步控制逼近策略

利用空间机器人抓捕目标卫星是航天器在轨服务的主要模式之一.针对空间机器人对无控旋转卫星的抓捕逼近问题,为了提高适合抓捕的时间范围,研究了六自由度(6-DOF)同步控制逼近策略.采用修正罗德里格斯参数描述姿态,给出了无控旋转卫星的运动模型;假设空间机器人采用动量轮控制姿态,通过分开处理轨道同步和姿态同步建立了6-DOF同步控制问题模型;考虑惯量参数的不确定性,利用自适应输出反馈控制原理,分别推导了轨道同步和姿态同步跟踪控制律.仿真算例表明在空间机器人惯量参数不确定和摄动作用下可以有效实现同步跟踪.     

冗余空间机器人基座姿态调整的笛卡尔路径规划

空间机器人系统的机械臂和基座之间存在着动力学耦合,为了保证笛卡尔路径规划的同时可以调整基座的姿态,文章以冗余自由度空间机器人为研究对象,首先建立了空间机器人系统的运动学方程;由于存在一定的冗余度,通过将基座姿态运动方程与广义雅可比矩阵组合得到扩展后的雅可比矩阵,实现了基座和机械臂运动的协调规划;最后讨论了基座姿态无扰路径规划,并与零空间法进行了对比。建立平面三自由度空间机器人系统,分别采用零空间法和扩展雅可比矩阵法进行了基座姿态无扰路径规划和基座姿态跟踪路径规划,仿真结果验证了方法的有效性。     

冲压式翼伞开伞仿真计算

本文分析了冲压式翼伞开伞的特点,提出了一个展弦向二维开伞模型,建立了伞衣的径向运动方程。在推导系统运动方程和分离体运动方程的基础上,建立翼伞开伞仿真状态方程,用龙格-库塔法求解,给出开伞充满时间、开伞动载、翼伞速度和位置坐标等参数的变化值。本文提供的开伞仿真计算软件包,可用于各类冲压式翼伞的开伞仿真计算。     

九自由度可控翼伞系统滑翔及稳定性分析

在建立可控翼伞系统九自由度飞行动力模型的基础上,以翼伞面积为４０ｍ~２的可控翼伞系统为例,对其滑翔及稳定性进行仿真计算和分析,并与六自由度模型结果作了比较,着重分析了伞－回收物相对俯仰运动的稳定性,其结果可在系统设计和实验中参考。     

基于数据分发服务的无人机任务载荷综合仿真平台研究

现代无人机在军用、民用等领域都有着越来越广泛的应用,而载荷是无人机完成特定重要任务的必要设备,对载荷设备的选型和验证是非常重要的一个环节。针对无人机载荷选型以及载荷试验过程复杂、试验周期长、试验成本高的问题,设计了一种基于数据分发服务通信技术的无人机任务载荷综合仿真平台。该平台以载荷仿真为主体,同时结合任务仿真、通信仿真、飞行控制仿真以及效能评估,实现了多系统分布式联合仿真,可以有效对载荷设备进行仿真验证。介绍了该仿真平台的系统架构以及系统工作流程,并对平台实际应用效果进行展示分析。研究表明,本套仿真平台为后续无人机研发提供了新思路、新工具。