[發明專利]運動仿真器

有效

• 申請號: 201110213480.6
• 申請日: 2011-10-11
• 公開（公告）號: CN103048930A
• 公開（公告）日: 2013-04-17
• 發明（設計）人: 馬呂斯康納利斯·威爾汀納
• 申請（專利權）人: E2M科技B.V.
• 主分類號: G05B17/02
• 分類號: G05B17/02
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 陳衛

技術領域

本發明涉及一種運動仿真器，包括底座、相對所述底座移動的平臺、可控長度的致動器、所述致動器與所述底座連接并支撐所述平臺，其中，底座、平臺尺寸和致動器可變尺寸決定平臺可移動的作業區域。以及一個用于提供運動仿真算法（motion?cueing?algorithm）的控制器，輸出一個請求平臺狀態（demanded?platform?state）。以及一個具有沖淡適應（washout?adaptation）輸出的沖淡控制器（washout?controller）。所述沖淡控制器通過沖淡適應將請求平臺狀態轉換到控制平臺狀態（commanded?platform?state）來保持平臺處于作業區域內，其中控制平臺狀態控制致動器的長度。

背景技術

最常用于仿真器運動的此類器具是史都華平臺，由固定底座、移動平臺和六個致動器組成。EP-A-446786介紹了史都華平臺的范例。史都華（Stewart）平臺是使用八面體組裝架構的一種并聯連桿機構，有六個自由度（x、y、z、傾斜、側傾及橫擺），也稱為平臺坐標定義，六個獨立驅動元件或支柱，通過改變支柱長度來定位和定向平臺。平臺的狀態還可用支柱的實際長度來表示，也稱為致動器定義，不同于平臺坐標定義。

許多運動仿真器已被用于多種不同類型的交通工具的開發。為了使仿真更加真實，通過平臺將線性加速度和角速度施加于使用者上。這個過程也被稱為運動仿真（motion?cueing）。仿真器的動作由所謂運動仿真算法來控制，然而，平臺的這些動作不應將仿真器推出其作業區域。負責將仿真器平臺控制在其作業區域的元件通常被稱為沖淡濾波器，其作用是通過施加最小的力將平臺控制在一個大致的中心位置上。因此相對于運動仿真算法產生的高頻運動來說使用者無法體驗到平臺在中心位置上的低頻沖淡運動。

US-A-2009/0047636介紹控制飛行模擬器運動的方法，其中使用了二階高通濾波器和傳統的一階沖淡濾波器。此沖淡濾波器不管平臺在那個實際位置上均可起作用，以至于當平臺自身并未遠離其中心位置時該沖淡濾波器也能起作用，因此，實際上無需沖淡動作。

發明內容

本發明的主要目的在于提供一種配備了更理想沖淡濾波器的運動仿真器。

該目的通過以下運動仿真器來實現，該運動仿真器包括底座、相對所述底座移動的平臺、可控長度的致動器，所述致動器與所述底座連接并支撐所述平臺，其中，底座、平臺尺寸和致動器可變尺寸決定平臺可移動的作業區域。以及一個用于提供運動仿真算法的控制器，輸出一個請求平臺狀態。以及一個具有沖淡適應輸出的沖淡控制器。所述沖淡控制器通過沖淡適應將請求平臺狀態轉換到控制平臺狀態來保持平臺處于作業區域內，其中控制平臺狀態通過運動轉換來控制致動器的長度。沖淡適應運用模型預測控制算法來計算，包括平臺位置、速度及沖淡加速度的價值最小化控制策略，模型預測控制算法連續輸入請求平臺狀體及當前沖淡適應來計算在t+Δt時的預測平臺狀態（predicted?platform?state）。隨后所述算法對J值的一階和二階梯度進行量化，獲得最佳沖淡適應的新值，實現總值最小化，所述沖淡適應不斷將請求平臺狀體轉化為控制平臺狀態作為下一個t+dt計算步驟的輸入，其中dt小于Δt。

本發明還關注操作運動仿真器的方法，該運動仿真器包括底座、相對所述底座移動的平臺、可控長度的致動器，所述致動器與所述底座連接并支撐所述平臺，其中，底座尺寸、平臺尺寸和致動器可變尺寸決定平臺可移動的作業區域，其中運動仿真算法提供一個請求平臺狀態作為輸出，一個沖淡控制器通過沖淡適應將請求平臺狀態轉換到控制平臺狀態來保持平臺處于作業區域內。其中沖淡適應運用模型預測控制算法來計算，控制平臺狀態通過運動轉換來控制致動器的長度。

通過采用模型預測控制算法得出適用的二階沖淡濾波器，受作業區域和所述平臺與作業區域的相對位置限制。由此，基于本發明的運動仿真器及其操作方法較配置現有沖淡濾波器的先有技術的運動仿真器能更好地利用其有效的作業區域。

附圖說明

下面結合附圖對本發明及其優選實施例作進一步說明。

圖1為底座、相對所述底座移動的平臺及可控長度的六個致動器的示意圖。

圖2為本發明方法如何將請求平臺狀態轉化為控制平臺狀態的方框圖。

圖3為模型預測控制算法的細節方框圖。

圖4為六個自由度中的四個固定時形成的平臺作業區域剖視圖。

圖5為單一DOF（自由度）偏移的示意圖，即六個自由度中的五個固定，只保留一個自由度。