半實物仿真技術課件

半實物仿真技術半實物仿真概述物理模擬設備與技術仿真計算機技術11/26/20221飛行器工程系單家元博士半實物仿真技術半實物仿真概述11/26/20221飛行器工半實物仿真概述概念:(Hardware-in-the-loop)硬件在回路仿真：仿真系統(tǒng)中有實物參加。優(yōu)點：可使無法準確建立模型的部件直接進入仿真回路；通過模型與實物之間的切換，進一步校驗模型；驗證實物部件對系統(tǒng)性能的影響。實質(zhì)：為物理部件創(chuàng)造一個模擬實際環(huán)境的仿真環(huán)境，用物理部件實物進行仿真的技術。11/26/20222飛行器工程系單家元博士半實物仿真概述概念:(Hardware-in-the-loo半實物仿真概述半實物仿真技術：環(huán)境模型建立技術：實際上指各種物理環(huán)境的建模技術：包括聲、壓場、電磁場、光學、空間運動學和動力學等。物理模型建立技術：運動環(huán)境：飛行模擬器（轉臺、平臺）視覺環(huán)境：視景系統(tǒng)聽覺環(huán)境：聲場模擬器（魚雷）力環(huán)境：負載模擬器（舵、發(fā)動機）光學環(huán)境：激光、紅外、電視目標模擬器電磁環(huán)境：射頻目標模擬器（雷達導引頭、雷達）壓力環(huán)境：大氣壓（高度計）、水壓（深度計）、壓力（地雷）11/26/20223飛行器工程系單家元博士半實物仿真概述半實物仿真技術：11/26/20223飛行器工半實物仿真概述半實物仿真系統(tǒng)半實物仿真系統(tǒng)的組成半實物仿真系統(tǒng)中的模型半實物仿真系統(tǒng)中的相似原則和相似方法11/26/20224飛行器工程系單家元博士半實物仿真概述半實物仿真系統(tǒng)11/26/20224飛行器工程半實物仿真系統(tǒng)組成仿真設備：如各種目標模擬器、仿真計算機、飛行模擬轉臺、線加速度模器、負載力矩模擬器、衛(wèi)星導航信號模擬器等等。參試設備：如制導控制計算機、陀螺儀、組合導航系統(tǒng)、舵機等。各種接口設備：模擬量接口、數(shù)字量接口、實時數(shù)字通訊系統(tǒng)等。試驗控制臺：監(jiān)視控制試驗狀態(tài)進程的裝置。包括試驗設備、試件狀態(tài)信號監(jiān)視系統(tǒng)、設備試件轉臺控制系統(tǒng)、仿真試驗進程控制等。支持服務系統(tǒng)：如顯示、記錄、文檔處理等事后處理應用軟件。11/26/20225飛行器工程系單家元博士半實物仿真系統(tǒng)組成11/26/20225飛行器工程系單家元半實物仿真系統(tǒng)半實物仿真系統(tǒng)中的模型對象模型與環(huán)境模型：包括環(huán)境效應模型物理模型與數(shù)學模型盡量多的物理模型不可實現(xiàn)的數(shù)學模型11/26/20226飛行器工程系單家元博士半實物仿真系統(tǒng)半實物仿真系統(tǒng)中的模型11/26/20226飛半實物仿真系統(tǒng)相似原理與相似方法相似原理：幾何相似、感覺信息相似、數(shù)學相似、邏輯相似相似方法模式相似、模糊相似、組合相似、坐標變換相似實現(xiàn)方法時間與邏輯相似幾何相似：空間幾何關系相似（六個自由度）環(huán)境相似：力學、光學、電磁11/26/20227飛行器工程系單家元博士半實物仿真系統(tǒng)相似原理與相似方法11/26/20227飛行器物理模擬設備與技術飛行模擬器舵負載模擬器線加速度模擬器目標/環(huán)境模擬器紅外激光雷達電視聲場11/26/20228飛行器工程系單家元博士物理模擬設備與技術飛行模擬器11/26/20228飛行器工程飛行模擬器飛行模擬器分類飛行模擬轉臺的工作原理飛行模擬轉臺的技術指標飛行模擬轉臺的組成分析模擬轉臺的計算機控制11/26/20229飛行器工程系單家元博士飛行模擬器飛行模擬器分類11/26/20229飛行器工程系飛行模擬器分類飛行模擬平臺：功能：模擬飛行器姿態(tài)和過載用途：飛行訓練模擬器飛行模擬轉臺：功能：模擬飛行器姿態(tài)用途：慣性器件、導引頭等制導控制部件的測試與仿真11/26/202210飛行器工程系單家元博士飛行模擬器分類飛行模擬平臺：11/26/202210飛行器工三自由度航向、姿態(tài)和傾斜六自由度航向、姿態(tài)和傾斜及三個方向的過載（線加速度）飛行模擬平臺11/26/202211飛行器工程系單家元博士三自由度飛行模擬平臺11/26/202211飛行器工程系單11/26/202212飛行器工程系單家元博士11/26/202212飛行器工程系單家元博士11/26/202213飛行器工程系單家元博士11/26/202213飛行器工程系單家元博士11/26/202214飛行器工程系單家元博士11/26/202214飛行器工程系單家元博士11/26/202215飛行器工程系單家元博士11/26/202215飛行器工程系單家元博士飛行模擬轉臺用途：仿真轉臺、測試轉臺結構形式：O,U,Y,T驅動形式：液壓、電動控制方式：模擬、數(shù)字軸數(shù)：單軸、雙軸、三軸、四軸、五軸性質(zhì)：位置、速率11/26/202216飛行器工程系單家元博士飛行模擬轉臺用途：仿真轉臺、測試轉臺11/26/20221611/26/202217飛行器工程系單家元博士11/26/202217飛行器工程系單家元博士11/26/202218飛行器工程系單家元博士11/26/202218飛行器工程系單家元博士11/26/202219飛行器工程系單家元博士11/26/202219飛行器工程系單家元博士11/26/202220飛行器工程系單家元博士11/26/202220飛行器工程系單家元博士飛行模擬轉臺的工作原理基本構成：動力系統(tǒng)、伺服控制系統(tǒng)、機械系統(tǒng)工作原理：在動力系統(tǒng)支持下，伺服控制系統(tǒng)控制機械系統(tǒng)作角度轉動，為安裝在機械系統(tǒng)上的慣性測量部件提供姿態(tài)運動環(huán)境。伺服控制系統(tǒng)：保證轉臺實現(xiàn)一定性能指標的控制系統(tǒng)：一般由測速機構成速度內(nèi)環(huán)，提高系統(tǒng)的抗干擾能力，由測角元件構成位置外環(huán)進行位置控制，同時對位置輸入進行微分，實現(xiàn)復合前饋控制，提高系統(tǒng)響應。11/26/202221飛行器工程系單家元博士飛行模擬轉臺的工作原理基本構成：動力系統(tǒng)、伺服控制系統(tǒng)、機械飛行模擬轉臺伺服控制系統(tǒng)11/26/202222飛行器工程系單家元博士飛行模擬轉臺伺服控制系統(tǒng)11/26/202222飛行器工程系飛行模擬轉臺的技術指標性能指標：約束轉臺角運動靜態(tài)和動態(tài)性能的技術參數(shù)。功能要求：規(guī)范轉臺在使用、維護方面的功能。11/26/202223飛行器工程系單家元博士飛行模擬轉臺的技術指標性能指標：11/26/202223飛行飛行模擬轉臺性能指標項目單位內(nèi)框中框外框備注最大角加速度Rad/s2454126106

最大角速度Rad/s43.33.3

轉角范圍度±200±150±150

最小平滑速度度/秒±0.05±0.05±0.05

位置精度度±0.01±0.01±0.01

速度精度

1%1%1%

位置系統(tǒng)頻響Hz151290.1-1度雙10速度系統(tǒng)頻響Hz201510

負載質(zhì)量公斤30～50負載尺寸cm200*100*150三軸不相交度Mm0.2三軸不垂直度角秒1211/26/202224飛行器工程系單家元博士飛行模擬轉臺性能指標項目單位內(nèi)框中框外框備注最大角加速度Ra飛行模擬轉臺功能要求可使用性：機械電氣接口、按鈕和指示、視場、零位、初值與歸零、屏蔽與干擾?？煽啃裕簷C械和電氣越位開關、操作互鎖、手動和自動斷電保護可維修性：電路及控制軟件模塊化、驅動元件和測量元件可檢測可視性：臺體外觀、控制柜外觀、軟件外觀功能擴展：測試信號、數(shù)據(jù)記錄、曲線顯示11/26/202225飛行器工程系單家元博士飛行模擬轉臺功能要求可使用性：機械電氣接口、按鈕和指示、視場飛行模擬轉臺的組成動力系統(tǒng)伺服控制系統(tǒng)機械系統(tǒng)11/26/202226飛行器工程系單家元博士飛行模擬轉臺的組成動力系統(tǒng)11/26/202226飛行器工程動力系統(tǒng)液壓能源三相電機－油泵分油器、過濾器、溢流閥冷卻系統(tǒng)－水箱，水泵遠程控制系統(tǒng)－調(diào)壓閥11/26/202227飛行器工程系單家元博士動力系統(tǒng)液壓能源11/26/202227飛行器工程系單家元動力系統(tǒng)直流電源可控硅直流電源開關穩(wěn)壓電源11/26/202228飛行器工程系單家元博士動力系統(tǒng)直流電源11/26/202228飛行器工程系單家元伺服控制系統(tǒng)控制元件：執(zhí)行控制算法，產(chǎn)生控制信號（電壓）運算放大器；微處理器（單片機,DSP,80X86）驅動元件：對控制電壓信號進行變換，為執(zhí)行機構提供驅動信號功率放大器（直流功放，PWM功放）；液壓放大器（伺服閥）執(zhí)行元件：在動力系統(tǒng)支持下，響應驅動信號，產(chǎn)生機械運動直流電機；液壓馬達（液壓缸）測量元件：反饋元件。將物理量變成電信號及信號處理。測速，測角11/26/202229飛行器工程系單家元博士伺服控制系統(tǒng)控制元件：執(zhí)行控制算法，產(chǎn)生控制信號（電壓）11伺服控制系統(tǒng)控制元件運算放大器單片機DSP處理芯片80x8611/26/202230飛行器工程系單家元博士伺服控制系統(tǒng)控制元件11/26/202230飛行器工程系單伺服控制系統(tǒng)驅動元件直流功率放大器＋伺服閥PWM功率放大器功率開關元件：1GBT電流閉環(huán)PID控制：100A輸出電壓：150V開關頻率：1－20KHz11/26/202231飛行器工程系單家元博士伺服控制系統(tǒng)驅動元件11/26/202231飛行器工程系單伺服控制系統(tǒng)執(zhí)行元件液壓馬達－低速大扭轉徑向柱塞馬達直流力矩電機－稀土電磁力矩11/26/202232飛行器工程系單家元博士伺服控制系統(tǒng)執(zhí)行元件11/26/202232飛行器工程系單伺服控制系統(tǒng)測量元件速度：測速機位置：電位計：光碼盤：編碼器園感應同步器：旋轉變壓器11/26/202233飛行器工程系單家元博士伺服控制系統(tǒng)測量元件11/26/202233飛行器工程系單機械系統(tǒng)立式結構：Y,T敞開式結構：U封閉式結構：O11/26/202234飛行器工程系單家元博士機械系統(tǒng)立式結構：Y,T11/26/202234飛行器工程系計算機控制系統(tǒng)特點：通過測角系統(tǒng)與控制器的數(shù)字化，實現(xiàn)高精度的跟蹤控制結構形式：采用不同處理器、實現(xiàn)不同功能要求，而形成的控制器的不同物理構成控制算法：實現(xiàn)高精度、動態(tài)跟蹤而采用的各種古典和現(xiàn)代用數(shù)字控制器實現(xiàn)的控制算法使用要求：滿足用戶在測試使用維護方面的要求11/26/202235飛行器工程系單家元博士計算機控制系統(tǒng)特點：通過測角系統(tǒng)與控制器的數(shù)字化，實現(xiàn)高精度計算機控制系統(tǒng)的特點控制算法的多樣性古典：前饋＋PID反饋控制現(xiàn)代：自適應控制、魯棒控制、神經(jīng)網(wǎng)絡控制控制界面的直觀性軟界面：曲線、數(shù)顯軟操作：觸摸屏、鍵盤、鼠標控制精度高充分發(fā)揮數(shù)字測量元件的精度優(yōu)勢功能豐富圖形監(jiān)控、通訊數(shù)據(jù)記錄、處理測試信號產(chǎn)生11/26/202236飛行器工程系單家元博士計算機控制系統(tǒng)的特點控制算法的多樣性11/26/202236計算機控制系統(tǒng)的結構形式分布式控制：多處理機（單片機或DSP）各自負責獨立控制通道。集中式控制：由一個處理器（小型機、PC）承擔所有控制通道的控制任務集散式控制：采用上下位機結構的分級控制方式PC+單片機（或DSP）：串口、并口PC+PC：并口、網(wǎng)卡PC+總線嵌入式處理器：總線11/26/202237飛行器工程系單家元博士計算機控制系統(tǒng)的結構形式分布式控制：多處理機（單片機或DSP飛行模擬轉臺的應用慣導器件測試角度陀螺、速率陀螺、慣性平臺等導引頭測試光學導引頭（電視、紅外、激光）武器系統(tǒng)仿真導彈、制導炸彈、魚雷、飛機11/26/202238飛行器工程系單家元博士飛行模擬轉臺的應用慣導器件測試11/26/202238飛行器舵負載模擬器物理模型（負載力矩）：舵受到的流體動力。是舵輸出力矩的反作用力矩。包括慣性力矩、阻尼力矩和鉸鏈力矩。鉸鏈力矩：與舵偏角、速度、流體密度攻角等有關物理實現(xiàn)線性加載：鉸鏈力矩系數(shù)為常數(shù)。用彈簧模擬。隨動加載：鉸鏈力矩系數(shù)為非線性函數(shù)。需用仿真機實時根據(jù)相關參數(shù)進行插值計算，然后施加到舵軸，是被動加載。用力矩伺服系統(tǒng)。液壓伺服、氣動伺服、電動伺服加載。被動加載的技術關鍵：負載模擬器與舵機互為負載，相互影響；加載力矩是根據(jù)舵偏角等計算出的，理論上存在延遲；由于上述原因，理論上存在多余力。高度的動態(tài)特性：伺服系統(tǒng)性能要高于舵機的性能。11/26/202239飛行器工程系單家元博士舵負載模擬器物理模型（負載力矩）：舵受到的流體動力。是舵輸出舵負載模擬器隨動加載系統(tǒng)組成機械系統(tǒng)：同軸加載方式：小力矩，一體式臺體。力矩馬達、擺動油缸或力矩電機。連桿加載方式：大力矩，分體臺體。液壓缸。能源動力系統(tǒng)：液壓、氣動、電動伺服控制系統(tǒng)：力矩伺服控制：伺服閥＋液壓馬達、液壓缸；功率放大器＋力矩電機。力矩傳感器。位置伺服控制：電位計、光碼盤、測速機。模擬控制與數(shù)字控制：11/26/202240飛行器工程系單家元博士舵負載模擬器隨動加載系統(tǒng)組成11/26/202240飛行器工舵負載模擬器技術指標最大力矩：150Nm最大角度：±40度力矩梯度：0.1-20Nm/度力矩精度：±1％角度精度：0.01度力矩伺服系統(tǒng)頻帶：10Hz(雙5指標，力矩梯度8nm/度,)角度伺服系統(tǒng)頻帶：10Hz(雙5指標，角度幅度±3度)多余力：20％（力矩系統(tǒng)為零指令時，角度在±3度10Hz振動））11/26/202241飛行器工程系單家元博士舵負載模擬器技術指標11/26/202241飛行器工程系單線加速度模擬臺物理模型：質(zhì)心直線運動加速度。物理實現(xiàn)：常值：離心加速度模擬線加速度隨動：離心加速度在加速度計敏感軸上進行分解，控制分解角度。關鍵技術穩(wěn)速技術：保持常值離心加速度。需進行靜態(tài)和動態(tài)補償。角度伺服：動態(tài)環(huán)境下的角度控制。11/26/202242飛行器工程系單家元博士線加速度模擬臺物理模型：質(zhì)心直線運動加速度。11/26/20線加速度模擬臺系統(tǒng)組成臺體：大的旋轉軸系上安裝多個小的旋轉軸系。能源系統(tǒng)：PWM功率放大器速度伺服系統(tǒng)：直流力矩電機或交流力矩電機，測角測速系統(tǒng)位置伺服系統(tǒng)：直流力矩電機、測速機、光碼盤或圓感應同步器11/26/202243飛行器工程系單家元博士線加速度模擬臺系統(tǒng)組成11/26/202243飛行器工程系線加速度模擬臺性能指標穩(wěn)速臺：速率量程：0.1-15g,無級調(diào)整。靜態(tài)精度：a<1g,△a<5*10-4g;a>1g,△a/a<5*10-4隨動臺：位置通道數(shù)：3負載：1－3Kg最大角速度：250度/秒最大角加速度：2000度/s2最小平滑速度：0.1度/秒定位精度：0.01度頻帶：6Hz（穩(wěn)速臺15g時，角度幅度±3度，雙十）11/26/202244飛行器工程系單家元博士線加速度模擬臺性能指標11/26/202244飛行器工程系目標/環(huán)境模擬器目標特性運動特性：用相對運動（角運動）模擬物理特性：激光、紅外（點/成像）、電視、雷達、聲場環(huán)境特性背景特性：大氣、陽光、地形、天氣、海洋對信號傳輸?shù)挠绊懜蓴_特性：與目標物理特性對應的假目標、干擾信號11/26/202245飛行器工程系單家元博士目標/環(huán)境模擬器目標特性11/26/202245飛行器工程系目標/環(huán)境模擬器運動特性模擬轉臺：相對運動原理。物理特性模擬紅外點光源/干擾光源：光斑、能量可控。激光光源：能量、光斑大小、編碼可控電視/紅外成像：圖形工作站、圖形顯示系統(tǒng)可見光：正頭、背投；屏幕、球面紅外轉換；電阻絲、紅外CRT射頻/聲場：陣列式多源。無線電波/聲波在空間合成。每個陣元的信號功率、作用時間可控。11/26/202246飛行器工程系單家元博士目標/環(huán)境模擬器運動特性模擬11/26/202246飛行器工目標/環(huán)境模擬器分類（按照目標信號的饋入方式）輻射式（反射式）：尋的制導輻射信號的物理性質(zhì)不同：光學：機械式、平行光管式和復合擴束式微波/毫米波/聲場：陣列式按照結構機械式：通過機械帶動輻射源作角運動。陣列式：射頻和聲場。機電混合式：注入式（直入式）：尋的制導、指令制導按照注入信號的頻區(qū)分中注入式、視頻注入式和低頻注入式將目標特性直接注入目標探測設備11/26/202247飛行器工程系單家元博士目標/環(huán)境模擬器分類（按照目標信號的饋入方式）11/26/2典型仿真方案大屏幕實現(xiàn)可見光圖像仿真方案激光目標漫反射仿真方案11/26/202248飛行器工程系單家元博士典型仿真方案大屏幕實現(xiàn)可見光圖像仿真方案激光目標漫反射仿真方典型仿真方案光學耦合方案可見光/紅外圖像轉換器激光模擬光源11/26/202249飛行器工程系單家元博士典型仿真方案光學耦合方案可見光/紅外圖像轉換器11/26/仿真計算機技術仿真主機：數(shù)字計算機軟件支持環(huán)境：編輯、編譯和實時運行接口技術：A/D,D/A,D/D,DIO,實時網(wǎng)絡。11/26/202250飛行器工程系單家元博士仿真計算機技術仿真主機：數(shù)字計算機11/26/202250飛仿真計算機技術仿真主機專用機：美國：ADI公司的AD10,AD100和AD/RTS620;并行計算機公司CCC的Maxion,PowerHawk,NightHawk中國：國防科大的YH-F1,YH-F2通用機：美國：VAX小型計算機/ALPHA工作站中國：海鷹HY-F1，亞星YHSimustation11/26/202251飛行器工程系單家元博士仿真計算機技術仿真主機11/26/202251飛行器工程系仿真計算機技術軟件支持環(huán)境操作系統(tǒng)通用操作系統(tǒng)：WindowsNT，VMS，UNIX實時操作系統(tǒng)：PowerMAXOS仿真環(huán)境分離環(huán)境：Matrix,Matlab,C,C++一體化環(huán)境：NightStar,YHSIM,HYSIM11/26/202252飛行器工程系單家元博士仿真計算機技術軟件支持環(huán)境11/26/202252飛行器工程仿真計算機技術接口技術：VME,PC總線A/D,D/A：12位，14位高精度轉換器DIO：帶隔離的開關量輸入輸出，可直接驅動繼電器D/D：16位并行，雙向（一對一）實時網(wǎng)絡：多結點SBS：星型。廣播內(nèi)存VMIC：環(huán)型。發(fā)射內(nèi)存11/26/202253飛行器工程系單家元博士仿真計算機技術接口技術：VME,PC總線11/26/2022半實物仿真技術半實物仿真概述物理模擬設備與技術仿真計算機技術11/26/202254飛行器工程系單家元博士半實物仿真技術半實物仿真概述11/26/20221飛行器工半實物仿真概述概念:(Hardware-in-the-loop)硬件在回路仿真：仿真系統(tǒng)中有實物參加。優(yōu)點：可使無法準確建立模型的部件直接進入仿真回路；通過模型與實物之間的切換，進一步校驗模型；驗證實物部件對系統(tǒng)性能的影響。實質(zhì)：為物理部件創(chuàng)造一個模擬實際環(huán)境的仿真環(huán)境，用物理部件實物進行仿真的技術。11/26/202255飛行器工程系單家元博士半實物仿真概述概念:(Hardware-in-the-loo半實物仿真概述半實物仿真技術：環(huán)境模型建立技術：實際上指各種物理環(huán)境的建模技術：包括聲、壓場、電磁場、光學、空間運動學和動力學等。物理模型建立技術：運動環(huán)境：飛行模擬器（轉臺、平臺）視覺環(huán)境：視景系統(tǒng)聽覺環(huán)境：聲場模擬器（魚雷）力環(huán)境：負載模擬器（舵、發(fā)動機）光學環(huán)境：激光、紅外、電視目標模擬器電磁環(huán)境：射頻目標模擬器（雷達導引頭、雷達）壓力環(huán)境：大氣壓（高度計）、水壓（深度計）、壓力（地雷）11/26/202256飛行器工程系單家元博士半實物仿真概述半實物仿真技術：11/26/20223飛行器工半實物仿真概述半實物仿真系統(tǒng)半實物仿真系統(tǒng)的組成半實物仿真系統(tǒng)中的模型半實物仿真系統(tǒng)中的相似原則和相似方法11/26/202257飛行器工程系單家元博士半實物仿真概述半實物仿真系統(tǒng)11/26/20224飛行器工程半實物仿真系統(tǒng)組成仿真設備：如各種目標模擬器、仿真計算機、飛行模擬轉臺、線加速度模器、負載力矩模擬器、衛(wèi)星導航信號模擬器等等。參試設備：如制導控制計算機、陀螺儀、組合導航系統(tǒng)、舵機等。各種接口設備：模擬量接口、數(shù)字量接口、實時數(shù)字通訊系統(tǒng)等。試驗控制臺：監(jiān)視控制試驗狀態(tài)進程的裝置。包括試驗設備、試件狀態(tài)信號監(jiān)視系統(tǒng)、設備試件轉臺控制系統(tǒng)、仿真試驗進程控制等。支持服務系統(tǒng)：如顯示、記錄、文檔處理等事后處理應用軟件。11/26/202258飛行器工程系單家元博士半實物仿真系統(tǒng)組成11/26/20225飛行器工程系單家元半實物仿真系統(tǒng)半實物仿真系統(tǒng)中的模型對象模型與環(huán)境模型：包括環(huán)境效應模型物理模型與數(shù)學模型盡量多的物理模型不可實現(xiàn)的數(shù)學模型11/26/202259飛行器工程系單家元博士半實物仿真系統(tǒng)半實物仿真系統(tǒng)中的模型11/26/20226飛半實物仿真系統(tǒng)相似原理與相似方法相似原理：幾何相似、感覺信息相似、數(shù)學相似、邏輯相似相似方法模式相似、模糊相似、組合相似、坐標變換相似實現(xiàn)方法時間與邏輯相似幾何相似：空間幾何關系相似（六個自由度）環(huán)境相似：力學、光學、電磁11/26/202260飛行器工程系單家元博士半實物仿真系統(tǒng)相似原理與相似方法11/26/20227飛行器物理模擬設備與技術飛行模擬器舵負載模擬器線加速度模擬器目標/環(huán)境模擬器紅外激光雷達電視聲場11/26/202261飛行器工程系單家元博士物理模擬設備與技術飛行模擬器11/26/20228飛行器工程飛行模擬器飛行模擬器分類飛行模擬轉臺的工作原理飛行模擬轉臺的技術指標飛行模擬轉臺的組成分析模擬轉臺的計算機控制11/26/202262飛行器工程系單家元博士飛行模擬器飛行模擬器分類11/26/20229飛行器工程系飛行模擬器分類飛行模擬平臺：功能：模擬飛行器姿態(tài)和過載用途：飛行訓練模擬器飛行模擬轉臺：功能：模擬飛行器姿態(tài)用途：慣性器件、導引頭等制導控制部件的測試與仿真11/26/202263飛行器工程系單家元博士飛行模擬器分類飛行模擬平臺：11/26/202210飛行器工三自由度航向、姿態(tài)和傾斜六自由度航向、姿態(tài)和傾斜及三個方向的過載（線加速度）飛行模擬平臺11/26/202264飛行器工程系單家元博士三自由度飛行模擬平臺11/26/202211飛行器工程系單11/26/202265飛行器工程系單家元博士11/26/202212飛行器工程系單家元博士11/26/202266飛行器工程系單家元博士11/26/202213飛行器工程系單家元博士11/26/202267飛行器工程系單家元博士11/26/202214飛行器工程系單家元博士11/26/202268飛行器工程系單家元博士11/26/202215飛行器工程系單家元博士飛行模擬轉臺用途：仿真轉臺、測試轉臺結構形式：O,U,Y,T驅動形式：液壓、電動控制方式：模擬、數(shù)字軸數(shù)：單軸、雙軸、三軸、四軸、五軸性質(zhì)：位置、速率11/26/202269飛行器工程系單家元博士飛行模擬轉臺用途：仿真轉臺、測試轉臺11/26/20221611/26/202270飛行器工程系單家元博士11/26/202217飛行器工程系單家元博士11/26/202271飛行器工程系單家元博士11/26/202218飛行器工程系單家元博士11/26/202272飛行器工程系單家元博士11/26/202219飛行器工程系單家元博士11/26/202273飛行器工程系單家元博士11/26/202220飛行器工程系單家元博士飛行模擬轉臺的工作原理基本構成：動力系統(tǒng)、伺服控制系統(tǒng)、機械系統(tǒng)工作原理：在動力系統(tǒng)支持下，伺服控制系統(tǒng)控制機械系統(tǒng)作角度轉動，為安裝在機械系統(tǒng)上的慣性測量部件提供姿態(tài)運動環(huán)境。伺服控制系統(tǒng)：保證轉臺實現(xiàn)一定性能指標的控制系統(tǒng)：一般由測速機構成速度內(nèi)環(huán)，提高系統(tǒng)的抗干擾能力，由測角元件構成位置外環(huán)進行位置控制，同時對位置輸入進行微分，實現(xiàn)復合前饋控制，提高系統(tǒng)響應。11/26/202274飛行器工程系單家元博士飛行模擬轉臺的工作原理基本構成：動力系統(tǒng)、伺服控制系統(tǒng)、機械飛行模擬轉臺伺服控制系統(tǒng)11/26/202275飛行器工程系單家元博士飛行模擬轉臺伺服控制系統(tǒng)11/26/202222飛行器工程系飛行模擬轉臺的技術指標性能指標：約束轉臺角運動靜態(tài)和動態(tài)性能的技術參數(shù)。功能要求：規(guī)范轉臺在使用、維護方面的功能。11/26/202276飛行器工程系單家元博士飛行模擬轉臺的技術指標性能指標：11/26/202223飛行飛行模擬轉臺性能指標項目單位內(nèi)框中框外框備注最大角加速度Rad/s2454126106

最大角速度Rad/s43.33.3

轉角范圍度±200±150±150

最小平滑速度度/秒±0.05±0.05±0.05

位置精度度±0.01±0.01±0.01

速度精度

1%1%1%

位置系統(tǒng)頻響Hz151290.1-1度雙10速度系統(tǒng)頻響Hz201510

負載質(zhì)量公斤30～50負載尺寸cm200*100*150三軸不相交度Mm0.2三軸不垂直度角秒1211/26/202277飛行器工程系單家元博士飛行模擬轉臺性能指標項目單位內(nèi)框中框外框備注最大角加速度Ra飛行模擬轉臺功能要求可使用性：機械電氣接口、按鈕和指示、視場、零位、初值與歸零、屏蔽與干擾?？煽啃裕簷C械和電氣越位開關、操作互鎖、手動和自動斷電保護可維修性：電路及控制軟件模塊化、驅動元件和測量元件可檢測可視性：臺體外觀、控制柜外觀、軟件外觀功能擴展：測試信號、數(shù)據(jù)記錄、曲線顯示11/26/202278飛行器工程系單家元博士飛行模擬轉臺功能要求可使用性：機械電氣接口、按鈕和指示、視場飛行模擬轉臺的組成動力系統(tǒng)伺服控制系統(tǒng)機械系統(tǒng)11/26/202279飛行器工程系單家元博士飛行模擬轉臺的組成動力系統(tǒng)11/26/202226飛行器工程動力系統(tǒng)液壓能源三相電機－油泵分油器、過濾器、溢流閥冷卻系統(tǒng)－水箱，水泵遠程控制系統(tǒng)－調(diào)壓閥11/26/202280飛行器工程系單家元博士動力系統(tǒng)液壓能源11/26/202227飛行器工程系單家元動力系統(tǒng)直流電源可控硅直流電源開關穩(wěn)壓電源11/26/202281飛行器工程系單家元博士動力系統(tǒng)直流電源11/26/202228飛行器工程系單家元伺服控制系統(tǒng)控制元件：執(zhí)行控制算法，產(chǎn)生控制信號（電壓）運算放大器；微處理器（單片機,DSP,80X86）驅動元件：對控制電壓信號進行變換，為執(zhí)行機構提供驅動信號功率放大器（直流功放，PWM功放）；液壓放大器（伺服閥）執(zhí)行元件：在動力系統(tǒng)支持下，響應驅動信號，產(chǎn)生機械運動直流電機；液壓馬達（液壓缸）測量元件：反饋元件。將物理量變成電信號及信號處理。測速，測角11/26/202282飛行器工程系單家元博士伺服控制系統(tǒng)控制元件：執(zhí)行控制算法，產(chǎn)生控制信號（電壓）11伺服控制系統(tǒng)控制元件運算放大器單片機DSP處理芯片80x8611/26/202283飛行器工程系單家元博士伺服控制系統(tǒng)控制元件11/26/202230飛行器工程系單伺服控制系統(tǒng)驅動元件直流功率放大器＋伺服閥PWM功率放大器功率開關元件：1GBT電流閉環(huán)PID控制：100A輸出電壓：150V開關頻率：1－20KHz11/26/202284飛行器工程系單家元博士伺服控制系統(tǒng)驅動元件11/26/202231飛行器工程系單伺服控制系統(tǒng)執(zhí)行元件液壓馬達－低速大扭轉徑向柱塞馬達直流力矩電機－稀土電磁力矩11/26/202285飛行器工程系單家元博士伺服控制系統(tǒng)執(zhí)行元件11/26/202232飛行器工程系單伺服控制系統(tǒng)測量元件速度：測速機位置：電位計：光碼盤：編碼器園感應同步器：旋轉變壓器11/26/202286飛行器工程系單家元博士伺服控制系統(tǒng)測量元件11/26/202233飛行器工程系單機械系統(tǒng)立式結構：Y,T敞開式結構：U封閉式結構：O11/26/202287飛行器工程系單家元博士機械系統(tǒng)立式結構：Y,T11/26/202234飛行器工程系計算機控制系統(tǒng)特點：通過測角系統(tǒng)與控制器的數(shù)字化，實現(xiàn)高精度的跟蹤控制結構形式：采用不同處理器、實現(xiàn)不同功能要求，而形成的控制器的不同物理構成控制算法：實現(xiàn)高精度、動態(tài)跟蹤而采用的各種古典和現(xiàn)代用數(shù)字控制器實現(xiàn)的控制算法使用要求：滿足用戶在測試使用維護方面的要求11/26/202288飛行器工程系單家元博士計算機控制系統(tǒng)特點：通過測角系統(tǒng)與控制器的數(shù)字化，實現(xiàn)高精度計算機控制系統(tǒng)的特點控制算法的多樣性古典：前饋＋PID反饋控制現(xiàn)代：自適應控制、魯棒控制、神經(jīng)網(wǎng)絡控制控制界面的直觀性軟界面：曲線、數(shù)顯軟操作：觸摸屏、鍵盤、鼠標控制精度高充分發(fā)揮數(shù)字測量元件的精度優(yōu)勢功能豐富圖形監(jiān)控、通訊數(shù)據(jù)記錄、處理測試信號產(chǎn)生11/26/202289飛行器工程系單家元博士計算機控制系統(tǒng)的特點控制算法的多樣性11/26/202236計算機控制系統(tǒng)的結構形式分布式控制：多處理機（單片機或DSP）各自負責獨立控制通道。集中式控制：由一個處理器（小型機、PC）承擔所有控制通道的控制任務集散式控制：采用上下位機結構的分級控制方式PC+單片機（或DSP）：串口、并口PC+PC：并口、網(wǎng)卡PC+總線嵌入式處理器：總線11/26/202290飛行器工程系單家元博士計算機控制系統(tǒng)的結構形式分布式控制：多處理機（單片機或DSP飛行模擬轉臺的應用慣導器件測試角度陀螺、速率陀螺、慣性平臺等導引頭測試光學導引頭（電視、紅外、激光）武器系統(tǒng)仿真導彈、制導炸彈、魚雷、飛機11/26/202291飛行器工程系單家元博士飛行模擬轉臺的應用慣導器件測試11/26/202238飛行器舵負載模擬器物理模型（負載力矩）：舵受到的流體動力。是舵輸出力矩的反作用力矩。包括慣性力矩、阻尼力矩和鉸鏈力矩。鉸鏈力矩：與舵偏角、速度、流體密度攻角等有關物理實現(xiàn)線性加載：鉸鏈力矩系數(shù)為常數(shù)。用彈簧模擬。隨動加載：鉸鏈力矩系數(shù)為非線性函數(shù)。需用仿真機實時根據(jù)相關參數(shù)進行插值計算，然后施加到舵軸，是被動加載。用力矩伺服系統(tǒng)。液壓伺服、氣動伺服、電動伺服加載。被動加載的技術關鍵：負載模擬器與舵機互為負載，相互影響；加載力矩是根據(jù)舵偏角等計算出的，理論上存在延遲；由于上述原因，理論上存在多余力。高度的動態(tài)特性：伺服系統(tǒng)性能要高于舵機的性能。11/26/202292飛行器工程系單家元博士舵負載模擬器物理模型（負載力矩）：舵受到的流體動力。是舵輸出舵負載模擬器隨動加載系統(tǒng)組成機械系統(tǒng)：同軸加載方式：小力矩，一體式臺體。力矩馬達、擺動油缸或力矩電機。連桿加載方式：大力矩，分體臺體。液壓缸。能源動力系統(tǒng)：液壓、氣動、電動伺服控制系統(tǒng)：力矩伺服控制：伺服閥＋液壓馬達、液壓缸；功率放大器＋力矩電機。力矩傳感器。位置伺服控制：電位計、光碼盤、測速機。模擬控制與數(shù)字控制：11/26/202293飛行器工程系單家元博士舵負載模擬器隨動加載系統(tǒng)組成11/26/202240飛行器工舵負載模擬器技術指標最大力矩：150Nm最大角度：±40度力矩梯度：0.1-20Nm/度力矩精度：±1％角度精度：0.01度力矩伺服系統(tǒng)頻帶：10Hz(雙5指標，力矩梯度8nm/度,)角度伺服系統(tǒng)頻帶：10Hz(雙5指標，角度幅度±3度)多余力：20％（力矩系統(tǒng)為零指令時，角度在±3度10Hz振動））11/26/202294飛行器工程系單家元博士舵負載模擬器技術指標11/26/202241飛行器工程系單線加速度模擬臺物理模型：質(zhì)心直線運動加速度。物理實現(xiàn)：常值：離心加速度模擬線加速度隨動：離心加速度在加速度計敏感軸上進行分解，控制分解角度。關鍵技術穩(wěn)速技術：保持常值離心加速度。需進行靜態(tài)和動態(tài)補償。角度伺服：動態(tài)環(huán)境下的角度控制。11/26/202295飛行器工程系單家元博士線加速度模擬臺物理模型：質(zhì)心直線運動加速度。11/26/20線加速度模擬臺系統(tǒng)組成臺體：大的旋轉軸系上安裝多個小的旋轉軸系。能源系統(tǒng)：PWM功率放大器速度伺服系統(tǒng)：直流力矩電機或交流力矩電機，測角測速系統(tǒng)位置伺服系統(tǒng)：直流力矩電機、測速機、光碼盤或圓感應同步器11/26/202296飛行器工程系單家元博士線加速度模擬臺系統(tǒng)組成11/26/202243飛行器工程系線加速度模擬臺性能指標穩(wěn)速臺：速率量程：0.1-15g,無級調(diào)整。靜態(tài)精度：a<1g,△a<5*10-4g;a>1g,△a/a<5*10-4隨動臺：位置通道數(shù)：3負載：1－3Kg最大角速度：250度/秒最大角加速度：2000度/s2最小平滑速度：0.1度/秒定位精度：0.01度頻帶：6Hz（穩(wěn)速臺15g時，角度幅度±