基于AMESim/Matlab的飛行模擬器仿真設(shè)計(jì)

萬(wàn)舒 吳健楠 許學(xué)順

基于AMSim和Matlab聯(lián)合仿真技術(shù)是近年發(fā)展的一項(xiàng)新技術(shù)，它充分利用AMESim和Matlab的接口技術(shù)將2個(gè)優(yōu)秀的專(zhuān)業(yè)仿真軟件結(jié)合起來(lái)，解決了系統(tǒng)建模難題，為了驗(yàn)證該聯(lián)合仿真技術(shù)在飛行模擬器上的仿真效果，本文對(duì)飛行模擬器運(yùn)動(dòng)平臺(tái)進(jìn)行AMESim/Matlab聯(lián)合仿真建模，獲得了良好的效果。

1引言

飛行模擬器是當(dāng)今世界仿真技術(shù)的重要研究領(lǐng)域，廣泛應(yīng)用于民用和軍用航空領(lǐng)域。但模擬器由于其組成結(jié)構(gòu)復(fù)雜、交聯(lián)機(jī)構(gòu)多，特別是運(yùn)動(dòng)平臺(tái)參數(shù)不好設(shè)置，導(dǎo)致研制周期長(zhǎng)、投入大、經(jīng)濟(jì)效益低，目前廣泛使用的一些仿真軟件，如AMESim，Matlab，ADAMS等，由于自身軟件設(shè)計(jì)的局限性，造成依靠單一的仿真技術(shù)難以達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)。

為了提高飛行模擬器運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的建模精確度，改善控制系效果，采用AMESim和Matlab二種軟件，進(jìn)行了聯(lián)合仿真。仿真結(jié)果表明，利用AMESim和Matlab的各自?xún)?yōu)勢(shì)的聯(lián)合仿真具有良好的仿真效果，節(jié)約了研發(fā)成本，為模擬器進(jìn)一步研發(fā)打下良好基礎(chǔ)。

2飛行模擬器運(yùn)動(dòng)平臺(tái)工作原理

飛行模擬器運(yùn)動(dòng)平臺(tái)由控制計(jì)算機(jī)、接口系統(tǒng)、液壓汞站和伺服系統(tǒng)組成，控制計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)接收飛行方程解算出的與控制運(yùn)動(dòng)裝置有關(guān)的各種信息，經(jīng)D/A變換、前置濾波和伺服放大后成為伺服閥的輸入信號(hào)，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)液壓缸平滑、穩(wěn)定的伸縮，實(shí)時(shí)產(chǎn)生期望的過(guò)載、姿態(tài)及振動(dòng)等運(yùn)動(dòng)信息；同時(shí)液壓缸的伸長(zhǎng)量經(jīng)位移傳感器傳送給接口系統(tǒng)，通過(guò)A/D變換后輸入給控制計(jì)算機(jī)，作為檢測(cè)和控制信息。

3飛行模擬器運(yùn)動(dòng)平臺(tái)聯(lián)合仿真

3.1 AMESim環(huán)境下建模

AMESim軟件采用面向系統(tǒng)原理圖建模方法，便于工程技術(shù)人員掌握，其自帶的智能求解器能保證運(yùn)算精度并具有良好的拓展性。

具體建模步驟如下：

（1）在AMESim/Sketch mode模式下根據(jù)系統(tǒng)物理構(gòu)成搭建清晰直觀的物理模型；

（2）在AMESim/Submodel模式下為搭建物理模型選擇子模型；

（3）在AMESim/Parameter模式下根據(jù)實(shí)際參數(shù)設(shè)置AMESim模型參數(shù)，具體的模型參數(shù)設(shè)置如下：

液壓缸初始位移0 mm；活塞直徑120 mm；桿直徑80 mm；質(zhì)量塊500 kg；靜摩擦力0.8 N；安全閥壓力：28 MPa；汞排量50 ml/r；伺服閥各通路額定流量500 L/min；額定電流30 Ma；伺服閥阻尼比3；額定電流：40 Ma。

2.2 AMESim/Matlab下系統(tǒng)建模

AMESim雖然可以提高系統(tǒng)的建模精度，但在控制算法、數(shù)值處理上不是很強(qiáng)大；而Matlab中的Simulink具有強(qiáng)大的數(shù)值計(jì)算能力，在數(shù)值計(jì)算及控制領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，但建模的精度不高。采用聯(lián)合仿真技術(shù)將2個(gè)專(zhuān)業(yè)的軟件結(jié)合起來(lái)，取長(zhǎng)補(bǔ)短、發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì)，提高仿真的精度。

具體實(shí)現(xiàn)步驟為：

①在AMESim中采用繪圖模式建立系統(tǒng)模型，并為Simulink的控制模塊構(gòu)建一個(gè)圖標(biāo)；

②在AMESim子模型模式下為系統(tǒng)各個(gè)模塊選擇合適子模型；

③在AMESim中輸入各系統(tǒng)參數(shù)；

④在運(yùn)行模式下運(yùn)行程序，將AMESim模型轉(zhuǎn)化為Simulink中可調(diào)用的S函數(shù)；

⑤在Simulink中構(gòu)建控制函數(shù)，在S-function模塊參數(shù)設(shè)置函數(shù)名稱(chēng)。

4系統(tǒng)仿真分析

在Simulink中輸入階躍信號(hào)，設(shè)置好仿真周期和采樣周期，從圖1和圖2可以看到飛行模型器運(yùn)動(dòng)平臺(tái)曲線跟蹤基本保持不變，圖3可以看到跟蹤誤差較小，說(shuō)明采用聯(lián)合仿真技術(shù)改善了系統(tǒng)建模的精度，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

5結(jié)束語(yǔ)

利用AMESim/Matlab聯(lián)合仿真技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了飛行模擬器運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的仿真研究，仿真結(jié)果表明，采用聯(lián)合仿真技術(shù)建立的模型仿真效果好，系統(tǒng)穩(wěn)定無(wú)超調(diào)，擁有較好的穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)品質(zhì)，為飛行模擬器的研發(fā)和改進(jìn)、國(guó)防和工業(yè)現(xiàn)代化建設(shè)打下了良好基礎(chǔ)。