一种四自由度空间定向障碍模拟器人体运动感知控制方法技术

本发明专利技术公开了一种四自由度空间定向障碍模拟器人体运动感知控制方法，包括以下步骤：步骤一、获得四自由度空间定向障碍模拟器座舱中飞行操纵系统的操作指令；步骤二、通过飞行仿真，获取实际飞行飞机的6个自由度运动参数，即3个线加速度物理量：G

【技术实现步骤摘要】
一种四自由度空间定向障碍模拟器人体运动感知控制方法
本专利技术属于飞行模拟器
，具体涉及一种四自由度空间定向障碍模拟器人体运动感知控制方法。
技术介绍
随着现代战斗机性能的提升，许多高难度动作如高攻角大机动快转动等也越来越多地出现在飞行训练或飞行特技训练中，随之而来的是越来越多地遇到空间定向障碍问题。空间定向障碍是指飞行员未能正确判断自身及飞机在由地面和重力垂直线所确定的固定坐标系统内的位置、运动和姿态。根据统计，由空间定向障碍引起的A级飞行事故发生率呈上升趋势，其致命性高，多发生于高性能战斗机，成为致命性飞行事故的重要原因。空间定向障碍模拟器是训练飞行员定向认知能力并且克服定向障碍的重要设备，基于离心运动平台的模拟器通过转臂的转动产生持续的过载，可在地面以较低的代价和更安全的方式对飞行员进行训练，提高飞行员在过载环境下的空间定向障碍防御。具有主轴、偏航、滚转与俯仰四个转动自由度的空间定向障碍模拟器(简称模拟器)，通过转臂绕主轴的快速旋转运动实现持续性的高G值加速度，通过滚转轴、俯仰轴和偏航轴的协调运动调整加速度相对于座舱的方向，实现模拟本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种四自由度空间定向障碍模拟器人体运动感知控制方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤一、获得四自由度空间定向障碍模拟器座舱中飞行操纵系统的操作指令；/n步骤二、通过飞行仿真，获取实际飞行飞机的6个自由度运动参数，即3个线加速度物理量：G

【技术特征摘要】
1.一种四自由度空间定向障碍模拟器人体运动感知控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、获得四自由度空间定向障碍模拟器座舱中飞行操纵系统的操作指令；
步骤二、通过飞行仿真，获取实际飞行飞机的6个自由度运动参数，即3个线加速度物理量：Gxa、Gya、Gza，依次为前后、左右、头足方向过载；3个角速度物理量：Pa、Qa、Ra，依次为滚转、俯仰、偏航方向角速度；
步骤三、计算大臂绕主轴转动的角速度和角加速度
步骤四、根据实际飞行的偏航角运动，求解偏航轴的转动角度；
步骤五、根据偏航轴的转动角度，求解实际飞行相对俯仰框坐标系的3个线加速度分量(3Gxa,3Gya,3Gza)，即



步骤六、根据相对俯仰框坐标系的线加速度物理量，计算纯过载模拟时滚转轴和俯仰轴的转动角度；
步骤七、根据空间定向障碍模拟器各轴的转动，计算座舱的3个线加速度和3个角速度；
步骤八、根据考虑人体运动感知模型的控制算法，计算滚转轴和偏航轴的补偿量，最终得到滚转轴和偏航轴的转动角度；
步骤九、将主轴的转动角速度和转动角加速度及滚转轴的转动角度q2、俯仰轴的转动角度q3、偏航轴的转动角度q4发送给空间定向障碍模拟器运动平台；
步骤十、判断是否停止，如果“是”则停止流程，如果“否”，则进入步骤一。


2.如权利要求1所述的一种四自由度空间定向障碍模拟器人体运动感知控制方法，其特征在于，所述步骤三包括以下子步骤：
3.1已知实际飞行的3个线加速度Gxa、Gya、Gza，可计算得到座舱线加速度矢量的大小为：对|Ga|进行修正，修正之后的加速度矢量大小为：|Ga'|；
3.2通过如下公式的常微分方程求解，可获得主轴的转动角速度和转动角加速度



式中r为座舱中心距主轴的距离，即转动半径；
当过载值较大时，可忽略的影响，采用下式对转动角速度进行简化计算：





3.如权利要求2所述的一种四自由度空间定向障碍模拟器人体运动感知控制方法，其特征在于，所述步骤四包括以下子步骤：
4.1根据实际飞行的偏航角速度物理量Ra，求解模拟器偏航轴的转动角速度为：



其中由步骤三获得，q2和q3由步骤八获得；
4.2将偏航轴的的转动角速度进行高通滤波，之后进行积分，获得偏航轴的转动角度q4。


4.如权利要求3所述的一种四自由度空间定向障碍模拟器人体运动感知控制方法，其特征在于，所述步骤六包括以下子步骤：
6.1计算大臂末端的线加速度矢量：



式中，1Gc为相对转臂的加速度矢量，Gr为沿转臂方向的加速度分量，Gt为沿转动方向的加速度分量，Gv为沿垂直方向的加速度分量，r为座舱中心距主轴的距离，g为重力加速度；
6.2纯过载模拟时，滚转轴的转动角度的计算公式为：



式中，
6.3纯过载模拟时，俯仰轴的转动角度的计算公式为：



式中，


5.如权利要求4所述的一种四自由度空间定向障碍模拟器人体运动感知控制方法，其特征在于，所述步骤七包括以下子步骤：
7.1模拟器座舱的3个线加速度为：



式中Gxc、Gyc、Gzc分别为相对座舱坐标系的X向、Y向、Z向线加速度，s1、s2、s3、s4、c1、c2、c3、c4分别表示：
sin(q1)、sin(q2)、sin(q3)、sin(q4)、cos(q1)、cos(q2)、c...

【专利技术属性】
技术研发人员：牛红攀，黎启胜，王鹏飞，舒杨，白俊林，宋琼，李上明，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院总体工程研究所，
类型：发明
国别省市：四川;51