驾驶模拟器的人感仿真系统与方法技术方案

本发明专利技术提供一种驾驶模拟器的人感仿真系统与方法，包括操纵数据系统、力感模拟通用仿真模块、加载机构控制系统、电磁直线驱动器、安全模块、实时监测模块以及操纵。力感模拟通用仿真模块为基于飞行操纵数据以及飞行操纵数据变化率而训练获得的GAN对抗神经网络的仿真模型。电磁直线驱动器，采用圆柱式直线电机，对应于每个力感模拟通道分别对应的设置，所述力感模拟通道包括俯仰通道、横滚通道、偏航通道以及油门通道；所述圆柱式直线电机的运动部铰接一直线连杆。本发明专利技术的人感仿真系统可提高通用仿真模型的精度和驱动力输出精度，改善力感反馈模拟的响应特性和平滑性，避免和改善传统电机的扭矩传递和传动效率带来的响应延迟以及平滑性的问题。及平滑性的问题。及平滑性的问题。

【技术实现步骤摘要】
驾驶模拟器的人感仿真系统与方法


[0001]本专利技术涉及驾驶模拟器
，具体而言涉及一种驾驶模拟器的人感仿真系统与方法。

技术介绍

[0002]驾驶模拟器是一种有人参与的复杂的模拟仿真系统，能够模拟和复现特定环境下的驾驶和操纵状态，广泛应用于装甲车、坦克、飞机等驾驶模拟训练中，它的功能和目的是在不实际进入装甲车、坦克、飞机等驾驶舱进行实际驾驶和操纵的情况下，将操纵实景、过程、力感等感知以尽可能真实的程度提供给训练人员。在模拟器的设计中，尤其是力感系统，即人感系统的设计，其目的是提供逼真的力的感觉，对训练人员进行模拟训练，能够提前了解和适应操纵场景以及可能的驾驶、飞行状态，并能够及时和准确的做出判断、发出正确的操纵指令。因此，人感系统设计的性能直接决定驾驶模拟器的力感模拟效果。
[0003]现有驾驶模拟器的人感系统设计通常基于液压式人感系统或者电驱动式人感系统，随着电机以及电机驱动技术发展，目前以电驱动式人感系统为主要的方式。以用于飞机的驾驶模拟器的主操纵杆力感模拟系统为例，主要设计包括：检测训练人员操纵主操纵杆而产生的的转动信号，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种驾驶模拟器的人感仿真系统，其特征在于，包括操纵数据系统、力感模拟通用仿真模块、加载机构控制系统、电磁直线驱动器、安全模块、实时监测模块以及操纵器；所示操纵数据系统，用于接收各传感器检测训练人员操纵操纵器而产生的飞行操纵数据；所述力感模拟通用仿真模块，与所述飞行操纵数据数据通信，并基于预先训练好的力感模拟通用仿真模型进行解算，输出驱动力；所述力感模拟通用仿真模型为基于飞行操纵数据以及飞行操纵数据变化率而训练获得的GAN对抗神经网络的仿真模型，仿真模型的输入为每一通道的飞行操纵数据，输出为对应通道的驱动力数据；所述加载机构控制系统，与所述力感模拟通用仿真模型数据通信，并基于获得的驱动力数据生成电磁直线驱动器的驱动控制信号；所述电磁直线驱动器，采用圆柱式直线电机，对应于每个力感模拟通道分别对应的设置，所述力感模拟通道包括俯仰通道、横滚通道、偏航通道以及油门通道；所述圆柱式直线电机的运动部的输出端铰接一直线连杆；所述操纵器，包括主操纵杆、驾驶盘、偏航脚踏以及油门台，所述俯仰通道、横滚通道、偏航通道对应设置的直线连杆的输出端连接到主操纵杆、驾驶盘、偏航脚踏上，提供力感反馈；所述油门台的下端设置滚轮，油门通道的直线连杆的输出端连接到滚轮上，提供力感反馈；所述实时监测模块，包括分别设置于俯仰通道、横滚通道、偏航通道以及油门通道内的力传感器，用于检测训练人员操纵操纵器而施加的力；所述安全模块，用于限制允许的最大安全输出力。2.根据权利要求1所述的驾驶模拟器的人感仿真系统，其特征在于，所述圆柱式直线电机包括构造为圆柱形的外壳以及所述的运动部，所述外壳作为固定部，用于通电后产生励磁，所述运动部在磁场作用下沿着其轴线做直线运动，驱动直线连杆同步产生位移，其中直线连杆与所述运动部同轴连接。3.根据权利要求1所述的驾驶模拟器的人感仿真系统，其特征在于，所述力感模拟通用仿真模块与所述加载机构控制系统集成在力感模拟控制器中，并基于内存共享实现数据交互。4.根据权利要求1所述的驾驶模拟器的人感仿真系统，其特征在于，所述加载机构控制系统与各个电磁直线驱动器之间基于ECAT总线实现数据通信，输出驱动控制信号以驱动电磁直线驱动器产生直线运动。5.根据权利要求1所述的驾驶模拟器的人感仿真系统，其特征在于，所述力感模拟通用仿真模块中GAN对抗神经网络的仿真模型，通过预先离线训练生成，其生成过程为：获取某飞机历史的飞行操纵数据，飞行操纵数据包括对每个操纵器的操纵数据以及实际的施加力，据此构造特征矩阵Z：Z=[Z
A
，Z
B
，Z
C
，Z
D
]Z
A
，Z
B
，Z
C
，Z
D
分别表示俯仰通道、横滚通道、偏航通道以及油门通道的操纵数据特征矩阵；Z
A
，Z
B
，Z
C
，Z
D
中分别包括对操纵器的操纵数据特征、操纵数据特征的变化率特征以及实际施加力的特征；对特征矩阵Z进行归一化处理，获得标准化后的特征矩阵Z
’
；
以标准化后的特征矩阵Z
’
构造训练数据，并将其分为训练集与验证集，基于训练集进行模型训练，其中基于自编码卷积神经网络对特征矩阵Z
’
进行卷积运算，输出预测的模型力；并将自编码卷积神经网络作为GAN对抗神经网络的生成器，基于生成器输出的模型力以及实际施加力在GAN对抗神经网络的判别器进行分类，输出判别概率；通过GAN对抗神经网络进行对抗训练，通过验证集进行验证，生成满足预定精度要求的GAN对抗神经网络的仿真模型输出。6.根据权利要求5所述的驾驶模拟器的人感仿真系统，其特征在于，所述俯仰通道的操纵数据特征矩阵Z
A
为k*p大小的特征矩阵,k表示特征矩阵中飞行操纵数据的总组数，p为特征矩阵Z
A
的维度，取值为7；特征矩阵Z
A
表达为：其中，Z
ai1
～ Z
ai3
分别表示第i组飞行操纵数据中，对主操纵杆操纵所产生的主操纵杆位移、转动角以及加速度；Z
ai4
～ Z
ai6
分别表示第i组飞行操纵数据中，对主操纵杆操纵所产生的主操纵杆位移、转动角以及加速度的变化率；其中，第1组数据中，Z
a14
～ Z
a16
的取值为0；Z
ai7
表示第i组飞行操纵数据中，对主操纵杆操纵所实际施加的力。7.根据权利要求5所述的驾驶模拟器的人感仿真系统，其特征在于，所述横滚通道的操纵数据特征矩阵Z
B
为k*q大小的特征矩阵，k表示特征矩阵中飞行操纵数据的总组数，q为特征矩阵Z
B
的维度，取值为5；特征矩阵Z
B
表达为：其中，Z
bi1
～ Z<...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘华忠，李吉磊，
申请(专利权)人：江苏普旭科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：