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58 │ 今日制造与升级
李昊，丁茹
（沈阳理工大学 机械工程学院，辽宁沈阳 110159）
深莲藕［摘 要］设计了一种基于绳牵引并联机构的新型滑翔伞飞行训练模拟器，并根据其机动性进行了一系列仿真分析。首先，基于绳牵引并联机构的想法设计，设计了六自由度绳牵引平台。通过建立静力 学和动力学模型，为了保证机构在运动过程中绳索时刻保持紧张，据此采取了一种PD 控制对干扰部分进行补偿，各关节独立地使用PD 这种线性反馈控制律可以保证渐进稳定性，且控制器容易设计，由此方法得出了单自由度运动和大过载运动的仿真结果。分析后的结果证明了处在大过载机动的情况下，瞬时的正向加速度大于4g，那么平台就可以迅速的减速并且处于稳定状态；柔性绳索因为设计了张力的前馈感应，所以一定程度上可以有效避免研究过程中绳子的松懈，驾驶员在飞行过程中也可以保证良好的训练状态。此文章主要是对滑翔伞飞行员的飞行动态和飞行过程中会遇到的一些阻碍进行了研究，保证了稳定性，而且也为滑翔伞训练模拟器的设计打下了坚实的基础。 ［关键词］滑翔伞飞行训练模拟器；绳牵引并联机构；大过载；动力学；稳定性 ［中图分类号］ TG74 ［文献标志码］ A
近年来，飞行模拟器作为现代科技的产物，发展的十分快速[1]，而且由于液压科技的迅速崛起，也很好的应用于飞行模拟器的设计当中[2]，飞行模拟器看似是一种应用器械，实际也是并联机器人，它在很多大过载训练中是不能运行的，所以并不能实现飞行员仿真训练。
并联机构有很多种形式，其中绳索牵引并联机构绝对算得上是新产物；它具有很多优点，低成本、受力小、效率高等。该机构已经在运动摄影、射电望远镜
[3]升降柱cncame
等多个方面应用。从
国内国外来看这种技术应用都很少，只有文献［4］提出了一种设计飞行模拟器的方法，是采用绳索牵引并联机构，并且进行了运动学动力学分析。由此观之，此种机构非常切实可行。
本文首先介绍了新的飞行模拟器，并进行了系统动力学和运动学模型的建立。采用欧拉公式，进行系统动力学方程设计，控制电源由牵引电压正向控制和基于位姿反馈的闭环控制实现的设计，设计了控制速率，保持系统的稳定性。采用阶跃函数的理论，分析系统速度特性和过载特性，为滑翔伞飞行训练模拟器的设计打下坚实的基础。1 基于绳并联驱动的飞行模拟器
从文献[5]可以看出，由于绳索柔性系统的特殊性，绳索所受的力是单方向的，所以采用冗余驱动，假设有n 个自由度 的绳索牵引并联机构至少要有 n 个绳索牵引; 如果小于或等于机电在线
硫芥子气n 根绳索，则需要外力(或重力)来保持稳定。基于该理论，采用冗余约束系统中的三绳六自由度并联机构作为飞行模拟器的支撑系统，该系统由牵引绳、飞行模拟器框架、电机传动系统组成。结构简图如图1。飞行员操作平台由三根绳牵引，由电机传动来控制绳索的长度进而控制平台的姿态，来满足一系列动作。
系统运动示意图如图 2 所示，静坐标系OXYZ 固定在水平面上；移动坐标系Pxyz 设置在飞行器平台上，原点 P 位于
平台质量中心。
记 。绳索与动态平台的连接点的
坐标满足: （1）
如果不考虑绳索的垂度，若记第 根绳的长度为 ，其表
达式为:
式（2）中， 为各铰链点 在静坐标系中的坐标。
图
1 结构简图
飞行器平台上，原点P 位于
记和。
绳心；为平
为。记为绳h1n7
度，
管形母线为
量，分别记第根绳度为，点在中，
为各
点的
（2）
图2 运动学示意图
运动学模型如下。设点P 为平台质心;
为平台位姿， 为平台的运动速度矢量，
分别是平台的滚转角、俯仰角和偏航角， 为P 点的运动速度，为角速度矢量，为绳系矢量，
记 。根据刚体绕定点转动原理，得（3）。
平台的运动速度矢量与飞行器模型的位姿存在关系如（4）。
绳向量和平台姿态之间的关系如（5）。
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