[发明专利]飞行模拟器杆力模拟逼真度评价装置设计方法

权利要求书

1.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，包括如下步骤和条件： 

Ⅰ、设计的一种飞行模拟器杆力模拟逼真度评价装置；其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)、标称杆力位移曲线单元(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)、运动速度、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、角速度等飞机过载信号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)的内容进行下一步决策；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: 

式中，T_cp,T_cr,T_cy,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、基于设计的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，包括： 

①考虑杆力跟踪好坏的误差指标： 

式中，f_p(t),f_r(t),f_y(t)分别是俯仰、倾斜、偏航方向的期望杆力，f_pcl(t),f_rcl(t),f_ycl(t)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，E_pf,E_rf,E_yf分别是俯仰、倾斜、偏航方向杆力的误差标准门槛值，t_n试验时间； 

②考虑杆力方向误差指标： 

J_e2取值为3，2，1，0；期望杆力方向与实际杆力方向相同或低于人的可感知量，方向误差J_e2取零，否则，取1，该指标包含俯仰、倾斜、偏航三个通道杆力方向误差；当俯仰、倾斜、偏航三个期望杆力与试验时操纵负荷系统相应的实际杆力方向均一致时，J_e2＝0；当两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一致时，J_e2＝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均一致时，J_e2＝2；均不相同时，J_e2＝3； 

③总误差指标： 

取上两项误差指标的加权平均值，得到总误差 

式中，W_i,i＝1,2；为加权值； 

④综合评价指标: 

式中，T_cp,T_cr,T_cy,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； 

Ⅳ、确定飞行模拟器杆力模拟逼真度评价装置中飞机的动力学模型，即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: 

在上述模型中，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)还输出飞机的瞬时过载的线加速度，角速度等到洗出模型单元(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如下： 

式中，H_ves(s),H_visP(s),H_visR(s)分别是前庭模型，视觉感受模型，中枢神经模型；w_visP,w_visR,w_ves,分别是相应的加权系数；是神经决策系统模型；τ₁是延时；其中，前庭模型单元11关于线加速度的模型H_ves(s)为：如图4所示； 

前庭模型单元11关于角速度的模型为：如图5所示； 

视觉感受模型单元(9)为： 

飞行员操纵控制策略模型单元(6)中的中枢神经模型为: 

飞行员操纵控制策略模型单元(6)中的神经决策系统模型: 

相应的加权系数w_visP＝0.15,w_visR＝0.35,w_ves＝0.5； 

运动洗出模型单元(13)中的运动洗出模型为： 

Ⅵ、选取表1的四组以上不同模拟飞行任务，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； 

表1  模拟飞行任务表 

序号 科目 1 起落航线 2 五边着陆 3 滑跑起飞 4 锯齿形机动飞行 5 纵向加减速飞行 6 垂直过载下的减速加速 7 最短时间转弯 8 盘旋 9 直升机悬停 10 从小速度到大速度 11 系统故障

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、利用本发明设计的飞行模拟器杆力模拟逼真度评价装置及所用的模拟器杆力模拟逼真度的评价方法的评价结果，与飞行员主观评价作为两组采样数据的相关系数r_xy，来评价本发明设计的评价装置及所用的模拟器杆力模拟逼真度的评价方法的合理性和可靠性，相关系数r_xy计算公式存储在计算机3中，所述的相关系数r_xy计算公式为： 

其中， 

x_i，y_i分别是两组采样数据； 

分别是对应的两组采样数据的平均值； 

r_xy＝0完全不相关；当r_xy越接近1，两组数据越相关；r_xy＝1完全相关。