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六自由度平台驾驶模拟器洗出算法研究
| 论文题名： | 六自由度平台驾驶模拟器洗出算法研究 |
| 关键词： | 六自由度平台驾驶模拟器;洗出算法;粒子群算法;模型预测控制;模糊控制;运动空间 |
| 摘要： | 六自由度平台驾驶模拟器在车辆的设计研究及驾驶员培训等方面起着重要的作用，洗出算法可使驾驶员在驾驶模拟器有限的运动空间内，体验高逼真度的驾驶感受。针对洗出算法存在着相位延迟、感知误差较大及模拟器空间利用率较低导致模拟逼真度不高的问题，本文围绕洗出算法，以提升驾驶模拟器的模拟逼真度为目的，开展了六自由度平台的运动学分析、人体对运动的感知原理、洗出算法原理分析及改进优化、算法仿真建模验证及实体机验证等相关研究。 在完成了六自由度平台运动学分析的基础上，建立了六自由度平台驾驶模拟器仿真模型，仿真验证了所建模型与运动学反解的正确性。阐明了人体对运动的感知原理，引入了人体前庭系统数学模型，为改进优化洗出算法奠定了基础。 针对经典洗出算法中滤波器及放缩环节各个参数的选取过度依赖专家经验，导致模拟器空间利用率低、模拟逼真度不高的问题，提出了基于PSO的经典洗出算法，综合考虑了真实驾驶员和模拟器驾驶员之间的感知误差、信号放缩前后的归一化相关系数以及模拟器的物理运动限制等因素。仿真结果表明，基于PSO的经典洗出算降低了人体感知误差，提高了模拟器工作空间利用率与模拟逼真度。 针对经典洗出算法以滤波器为核心的局限性，引入模型预测控制理论，结合基于遗传算法的模糊控制，提出了基于模糊自适应的MPC洗出算法。以人体前庭系统数学模型和驾驶模拟器数学模型作为预测模型，直接对人体的感知信号进行模拟，用遗传算法优化后的模糊控制器自适应的调整所提算法的感知信号权重系数。纵向模式的仿真结果表明，与基于PSO的经典洗出算法相比，基于模糊自适应的MPC洗出算法进一步减小了感知误差，提高了驾驶模拟器的空间利用率，大幅度减小了相位延迟，所模拟的驾驶体验更接近真实车辆的驾驶体验。 通过驾驶模拟器实体机实验，全工况的比较了所提两种算法的效果。实验结果表明，基于模糊自适应的MPC洗出算法在纵向和横向模式上对于感知加速度的模拟效果优于基于PSO的经典洗出算法，但在模拟感知角速度时，二者都存在轻微的失真问题；在垂直模式与偏航模式上基于模糊自适应的MPC洗出算法基本可以复现真实车辆的运动。从整体上来看，基于模糊自适应的MPC洗出算法对于真实车辆运动的模拟更逼真。 |
| 作者： | 张扬 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 游达章 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 湖北工业大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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