飞行模拟器杆力模拟逼真度评价装置设计方法

摘要

本发明提供了飞行模拟器杆力模拟逼真度评价装置设计方法。本发明的设计方法得到的飞行模拟器杆力模拟逼真度评价装置，可以根据模拟器杆力模拟逼真度的评价方法使用的综合评价指标模型：定量评价飞行模拟器的模拟操纵负荷系统杆力模拟逼真度。通过试验得到的数据，本发明的设计方法得到的评价装置的评价结果与飞行员主观评价结果的相关系数=0.91，取得了很好的一致性。证明本发明的方法是合理性和可靠的。本发明设计方法的模型参数易于修改。因此该设计方法得到的装置，还可应用到汽车驾驶模拟器方向盘操纵力模拟逼真度的综合评价。还可用于汽车驾驶模拟器方向盘操纵力模拟逼真度综合评价装置的设计。

主权项

飞行模拟器杆力模拟逼真度评价装置设计方法，其特征在于，包括如下步骤：Ⅰ、设计一种飞行模拟器杆力模拟逼真度评价装置：该装置包括操纵控制输入单元（1）、被测操纵负荷系统单元（2），计算机（3）、测试仪（4）顺次连接；模拟飞行任务单元（5）、飞行员操纵控制策略模型单元（6）、标称杆力位移单元（7）、飞机动力学模型单元（8）顺次连接，飞行员操纵控制策略模型单元（6）还与被测操纵负荷系统单元（2）连接；飞机动力学模型单元（8）与飞机空间位置单元（10）、洗出模型单元（13）分别连接；飞机空间位置单元（10）与视觉感受模型单元（9）连接；视觉感受模型单元（9）还与飞行员操纵控制策略模型单元（6）连接；洗出模型单元（13）与前庭模型单元（11）、运动角速度、线加速度单元（12）顺次连接；前庭模型单元(11)还与飞行员操纵控制策略模型单元(6)连接；确定模拟飞行任务单元（5）的飞行任务后，该飞行任务作为飞行员操纵控制策略模型单元（6）的输入，经飞行员操纵控制策略模型单元（6）解算得到操纵力，输出至标称杆力位移单元（7），标称杆力位移单元（7）输出操纵位移到飞机动力学模型单元（8），经飞机动力学模型单元（8）计算出飞机空间位置，输入到飞机空间位置单元（10）再输出到视觉感受模型单元（9）；飞机动力学模型单元（8）将解算得到的飞机线加速度、角速度输出到洗出模型单元（13），经洗出模型单元（13）解算后得到模拟器运动系统线加速度和角速度，将结果送给运动角速度、线加速度单元（12），经运动角速度、线加速度单元（12）输出至前庭模型单元（11），飞行员操纵控制策略模型单元（6）根据视觉感受模型单元（9）、前庭模型单元（11）、模拟飞行任务单元（5）进行下一步决策；基于飞行模拟器杆力模拟逼真度评价装置，建立一种飞行模拟器杆力模拟逼真度评价方法使用的综合评价指标模型，存储在计算机（3）中；综合评价指标模型:公式（1）中，分别是操纵负荷系统俯仰、倾斜、偏航三个通道位置阶跃响应上升时间及其门槛值；Ⅱ、建立一种飞行模拟器杆力模拟逼真度评价方法使用的综合评价指标模型包括：杆力跟踪误差指标：公式（2）中，分别是俯仰、倾斜、偏航方向的期望杆力，分别是试验时操纵负荷系统的俯仰、倾斜、偏航方向的实际杆力，分别是俯仰、倾斜、偏航方向杆力的误差标准门槛值，试验时间；②杆力方向误差指标：取值为3，2，1，0；该杆力方向误差指标包含俯仰、倾斜、偏航三个通道杆力方向误差；当俯仰、倾斜、偏航三个期望杆力分别与试验时操纵负荷系统相应的实际杆力方向一致时，=0；当两个期望杆力分别与试验时操纵负荷系统相应的实际杆力方向一致时，=1；当一个期望杆力与试验时操纵负荷系统相应的实际杆力方向一致时，=2；当俯仰、倾斜、偏航三个期望杆力与试验时操纵负荷系统相应的实际杆力方向均不相同时，=3；③总误差指标：取杆力跟踪误差指标和杆力方向误差指标两项误差指标的加权平均值，得到总误差公式（3）中，为加权值；④综合评价指标:公式（4）中，分别是操纵负荷系统俯仰、倾斜、偏航三个通道位置阶跃响应上升时间及其门槛值；Ⅲ、确定与模拟器操纵负荷系统匹配的杆力数据，实际的杆力数据是通过飞行模拟器杆力模拟逼真度评价装置的被测操纵负荷系统单元（2）中的力传感器获得的；被测操纵负荷系统单元（2）的输入位移是飞行员操纵控制策略模型单元（6）输出的位移；Ⅳ、确定飞行模拟器杆力模拟逼真度评价装置的飞机动力学模型单元(8)中的动力学模型为:飞机动力学模型单元(8)输出的飞机空间位置是飞机空间位置单元(10)的输入；飞机动力学模型单元(8) 还输出飞机线加速度、角速度到洗出模型单元(13)；Ⅴ、确定与模拟器操纵负荷系统匹配的操纵控制策略模型：利用飞机的动力学模型和模拟飞行任务单元(5)的飞行任务数据，进行飞行模拟器杆力模拟逼真度评价装置与模拟器操纵负荷系统匹配的调试，确定与模拟器操纵负荷系统匹配的操纵控制策略模型；飞行员操纵控制策略模型单元(6)中存储有操纵人员操纵控制策略数学模型公式（5）：公式（5）中，，，分别是前庭模型单元，视觉感受模型单元，中枢神经模型单元；分别是相应的加权系数；是神经决策系统模型；是延时；其中，前庭模型单元(11)关于线加速度的模型为：t_a，t_L，t_s分别是线加速度模型的时间常数；d_TH是线加速度模型的延迟时间；前庭模型单元(11)关于角速度的模型为：T_L，T_s，T_a分别是角速度模型的时间常数；e_TH是角速度模型的延迟时间；视觉感受模型单元(9)为公式（6）：中枢神经模型为公式（7）:神经决策系统模型为公式（8）:相应的加权系数运动洗出模型单元(13)中的运动洗出模型为公式（9）：Ⅵ、选取起落航线、五边着陆、垂直过载下的减速加速和纵向加减速飞行四组不同模拟飞行任务，进行模拟器操纵负荷系统杆力输入输出数据记录，得到实装飞机杆力位移曲线；Ⅶ、输入相关数据，根据步骤Ⅱ建立的一种模拟器杆力模拟逼真度的评价方法使用的综合评价指标：得到模拟操纵负荷系统杆力逼真度结果；Ⅷ、飞行模拟器杆力模拟逼真度评价装置得到的评价结果，与飞行员主观评价作为两组采样数据，利用这两组数据的相关系数，来评价设计的评价装置的合理性和可靠性，相关系数计算公式存储在计算机（3）中，相关系数的计算公式为公式（10）：其中，；；分别是两组采样数据；分别是评价装置评价和飞行员评价的采样数据；，分别是对应的两组采样数据的平均值；=0，两组数据完全不相关；当越接近1，两组数据越相关；=1，两组数据完全相关。