摘要：以头部运动特性为设计要求,对六自由度头盔伺服系统的尺寸优化设计及其方法进行了研究。通过实验数据分析,总结了飞行学员训练过程中头部的运动特性。将运动特性分为两类———必备指标和可选指标,并以此为设计性能要求,定义了头盔伺服系统各运动特性指标的目标函数,并结合非线性最小二乘法的原理,建立了优化问题的数学模型。提出了一种基于CVT(Centroidal Voronoi Tessellation)的非线性最小二乘改进算法,该方法首先利用CVT的特性对设计参数进行初始化,得到多组能均匀覆盖参数空间的参数初值,然后从不同的参数初值出发,采用非线性最小二乘法对优化问题进行求解,得到了多组可行解。数值仿真结果表明,所有优化结果的性能指标均满足必备指标要求,且新方法具有很强的全局搜索能力。以可选指标———工作空间灵活度最优作为判别准则,确定了问题的最优解,并通过最优解的部分性能指标分析,进一步验证了本文优化方法的有效性。

摘要：建立了半主动控制起落架缓冲动力学数学模型,模型中流量系数是油孔等效面积、流量或压差的函数,不再是固定值,而是变量。利用定油孔起落架的落震试验对该模型进行了校验。设计了两个简单控制律,第一个控制律按传统变油孔设计准则给定,第二个控制律按给定吸收功量时峰值载荷最小的准则设计。通过数字仿真对这两种控制律下的起落架和被动式起落架的缓冲性能进行比较。结果表明,半主动控制在提高起落架缓冲性方面有较大潜力。

摘要：分析了头盔显示器伺服系统动平台参数的不确定性与时变性,推导了连续-离散扩展卡尔曼滤波（CDEKF）与连续-离散平方根无味卡尔曼滤波（CDSR-UKF）的辨识过程,结合头盔显示器伺服系统的动力学模型建立了系统动平台参数的辨识模型,并通过仿真试验对比分析了CDEKF和CDSRUKF的辨识效果。设计了动平台参数的突变试验过程,通过试验对CDSR-UKF的实用性进行了检验。仿真结果表明：CDEKF与CDSR-UKF的标准误差比值范围为1.9~6.3,收敛时间比值范围为1.0~27.7,均方根误差的比值范围为1.4~11.0,后者的计算精度、稳定性和收敛速度均要优于前者,且后者的平均收敛时间约为0.002s,具有较好的在线辨识性能;CDSR-UKF的辨识误差小于10%,对大幅度突变和一般幅度突变参数的辨识收敛时间分别约为0.30s和0.04s,能较好地跟踪参数的变化过程,可满足正常使用情况下的头盔显示器伺服系统动平台参数辨识要求。

摘要：对头盔伺服系统(HMDPM)主动柔顺控制策略的主要内容———轨迹规划和控制方法进行了研究。首先,采用基于力反馈和滑动杆动力学模型的头部运动预测法进行轨迹规划,该方法利用并联机构(PM)分支杆长与运动平台位姿间的映射关系,通过力反馈信息和6-3UPS并联机构滑动杆动力学模型对头部运动进行预测,为头盔伺服系统的位置控制提供期望轨迹;然后,基于头盔伺服系统的动力学模型对系统的惯性项和非线性项进行了计算,设计了惯性项和非线性项补偿控制器,在进行头部运动跟踪的同时,实现了头盔显示器与头部间接触力的控制;最后,采用SimMechanics模块建立了HMDPM—人交互模型,并进行了相关验证实验。仿真结果表明,基于力反馈和滑动副滑动杆动力学模型的头部运动预测法能实时地、较为准确地预测出头部运动位置;基于动力学模型的惯性和非线性项补偿控制器不仅可以较为准确地跟踪头部运动,而且还能有效地减小头盔显示器与头部间的接触力,降低执行机构的刚度、减少系统摩擦力等非线性因素对使用者的干扰。

摘要：基于头盔伺服系统执行机构的结构优化设计需求,提出了一种量化六自由度并联机构工作空间的六维空间超椭球体的计算方法,该方法的计算过程包括二维包络椭圆的求解和六维超椭球体的计算两部分。首先,重新总结和归纳了包络椭圆的定义,提出了包络椭圆的计算方法,在计算过程中提出了椭圆中心坐标修正步长、包络椭圆的两半轴长修正因子以及纵轴半轴长修正步长等概念,实现了对椭圆中心和半轴长的动态修正,提高了包络椭圆计算的准确性和智能化水平,采用调整系数来实时修改修正步长,保证了计算过程的收敛性;其次,给出了判定包络椭圆的条件和方法,方便了对计算方法有效性的验证;再次,提出了根据投影面内包络椭圆几何信息求解六维超椭球体的方法;最后,对包络超椭球体的计算方法进行了实例计算与验证,并通过实例计算对该方法用于六自由度并联机构工作空间优化的可行性和实用性进行了验证。结果表明:各投影面的包络椭圆均符合判定条件,即本文对包络椭圆与超椭球体的计算是准确的;优化结果对应的工作空间内接六维超椭球体能完全包含目标工作空间的包络超椭球体,即采用超椭球体来量化和优化六自由度并联机构工作空间是可行的,且具有较好的实用性。

摘要：建立了一个电动Stewart平台的统一动力学模型,并基于它设计了一种新型的自适应模糊控制算法。这个统一的动力学模型在任务空间中使用了Newton-Euler方法建立,同时结合了平台动力学和执行器动力学模型。自适应模糊控制算法使用计算力矩方法设计运动平台标称模型的逆动力学控制器,然后使用基于模糊干扰观测器的自适应模糊控制器对模型的不确定性和外部扰动进行补偿。通过数值仿真分析表明,在不引入高增益控制器的情况下,成功地消除了平台参数的不确定性和外部干扰的影响,保证了平台的跟踪性能。

摘要：为改进单个远程传感器采集眼动数据时存在视场小、容易被遮挡物遮挡的缺点,研究了一种多目摄像机眼动跟踪技术,以更好地采集眼动数据。应用多个摄像机对人体头部姿态和眼球信息进行采集,通过分割视频帧提取瞳孔图像和计算被测用户头部姿态角度,将瞳孔图像放入卷积神经网络进行训练得到注视点坐标,并基于头部姿态信息计算每个摄像机的注视点权重,从而加权融合得到更精确的注视点信息。研究结果表明:在头部姿态角较大时,多目眼动追踪技术的精度比单目传感器的精度高30%~50%。该技术具有灵活性和通用性,在驾驶舱设计、用户用眼习惯评估和驾驶学员眼动绩效分析中具有重要的应用和推广价值。

摘要：选用并联组合高速开关阀作为起落架半主动控制执行器。针对起落架的着陆冲击这一瞬间过程,本文未采用常规的脉冲流量控制方法而是采用直接电压控制方法;考虑了高速开关阀的离散性和迟滞性,建立了基于高速开关阀的起落架半主动控制缓冲动力学模型;按给定吸收功量时峰值载荷最小的准则设计PD控制律。仿真结果表明,基于高速开关阀的起落架半主动控制方法对着陆冲击振动有较好的控制效果。

摘要：近年来飞机失控已成为飞行事故主要原因,飞行模拟器需要具备失控预防和改出训练功能,因此对洗出算法提出了更高的要求。利用模型预测控制理论对约束处理的优势,结合人体前庭感知模型,建立了基于模型预测控制的洗出算法,采用失速改出这一典型飞机失控情况进行仿真实验,并与经典洗出算法进行了比较,结果表明,模型预测控制洗出算法在约束范围内,提高了仿真逼真度,并具有较好的调整灵活性,对飞行模拟器失控改出训练具有一定应用价值。

摘要：研究设计了一种实时的人体运动感知系统,在人体运动感知模型的基础上加入飞机动力学模型,并采用经典洗出算法将飞机的实时运动洗出为模拟器平台的运动输出,作为人体运动感知模型的运动刺激输入。可实时输入飞机的控制信号,并同时观察飞机、洗出滤波器输出的运动状态及人体分别感知到的两者的运动信息。仿真结果表明,系统具有很好的实时性和人机交互性,对进一步研究飞行模拟环境下的人体运动感知具有重要作用。