一种载人离心机动态飞行模拟控制系统及方法与流程

1.本发明涉及飞行控制领域，尤其涉及一种载人离心机动态飞行模拟控制系统及方法。


背景技术：

2.载人离心机(以下简称为
‘
离心机’)是在地面上模拟飞行器飞行时产生加速度的机器，主要用于飞行员模拟驾机训练。
3.如图1所示，离心机结构主要包括大臂、座舱、底座以及地下的动力室(未在图中示出)。在进行飞行模拟时，人坐在座舱中，大臂与座舱均可旋转。可以建立两个坐标系，第一个是世界坐标系owx
wywzw
，它的中心点位于大臂的旋转中心，此外以乘坐在座舱中的人体的头部中心建立一个头部坐标系ohxhyhzh，该坐标系跟随人体头部运动。
4.如图2所示，在进行飞行模拟时，离心机可以通过大臂的快速旋转引发离心加速度αr的快速变化，此时αr与重力加速度g之和为重力惯性加速度。目前国内的离心机半径一般是8m，在基础载荷时，αr和g大小相等，方向相同，在基础载荷时滚转角约为45
°
。
5.离心机的训练方式一般分为被动载荷训练和主动载荷训练两种，目前国内外离心机设备多数仅进行被动载荷训练，这种训练模式时飞行员需要按照固定的载荷曲线进行训练，飞行员无法操控模拟的飞机，即无法控制飞机运动的自由度。相对应的，如果允许飞行员在训练中控制一个或多个飞机运动的自由度则称为主动载荷训练，又被称为动态飞行模拟，这种训练方式可以模拟更加真实的战斗机机动飞行和战斗场景，此外这种训练使得飞行员可以以更低的成本安全地练习危险飞行场景。但目前国内还没有成体系的开展动态飞行模拟训练，限制离心机进行动态飞行模拟的主要原因是在进行该训练时飞行员需要通过操作使得载荷快速变化，如在急转弯或俯冲拉起时载荷会出现快速变化，为模拟这种快速的载荷变化，离心机需要在大臂旋转的同时进行座舱的快速滚转运动，此时会导致飞行员头部在世界坐标系和头部坐标系两个轴向同时运动，而头部多个轴向的运动会导致科里奥利效应，这种效应会引发眼球运动、幻觉、恶心、呕吐等各种感官反应，上述负效应会严重影响训练效果，这是造成动态飞行模拟长期无法开展的重要原因。


技术实现要素：

6.鉴于上述的分析，本发明实施例旨在提供一种载人离心机动态飞行模拟控制系统及方法，用以解决现有动态飞行模拟中的科里奥利效应的技术问题。
7.本说明书提供一种载人离心机动态飞行模拟控制系统及方法，其包括：
8.滚转模块，用于基于座舱摇杆的偏移量通过飞行姿态解算得到离心机要模拟的第一载荷，并基于所述第一载荷计算得到在载荷方向与人体头足轴一致时的座舱滚转角；
9.偏移模块，用于基于所述第一载荷、最大偏移角和最大载荷得到人体头足轴偏离载荷方向的座舱偏移角；其中，最大载荷为第一载荷、第二载荷及第三载荷中的最大值，第二载荷基于座舱摇杆摇动的角度通过离心机模型得到，第三载荷基于最大偏移角获得；
10.控制模块，用于控制座舱旋转角为基于所述座舱滚转角和所述座舱偏移角的和。
11.可选地，所述偏移模块包括条件函数单元，用于基于所述第一载荷、最大偏移角和最大载荷得到人体头足轴偏离载荷方向的座舱偏移角；其中，所述条件函数单元基于下式得到座舱偏移角：
[0012][0013]
其中，δθ为座舱偏移角，φ为最大偏移角，gz1为离心机模拟的第一载荷，g
max2
为最大载荷值。
[0014]
可选地，所述偏移模块还包括预设载荷计算单元，用于基于预设最大偏移角，通过下式转换得到第三载荷：
[0015][0016]
其中gz3为第三载荷，φ为预设最大偏移角。
[0017]
可选地，所述偏移模块还包括离心机模型单元、取极值单元和滤波器单元；
[0018]
所述离心机模型单元用于获得座舱摇杆摇动的角度，转换为离心机模拟的第二载荷；
[0019]
所述取极值单元，通过持续比较所述离心机模拟的第一载荷、所述离心机模拟的第二载荷和所述第三载荷，输出三者中最大值；
[0020]
所述滤波器单元，用于对取极值单元输出的最大值进行滤波处理，去除高频分量，得到最大载荷值。
[0021]
可选地，所述滚转模块包括座舱摇杆单元、飞机模型单元、离心机映射单元、滚转角计算单元；
[0022]
所述座舱摇杆单元，用于感知飞行员对于座舱摇杆的操作量，得到座舱摇杆的偏移量；
[0023]
所述飞机模型单元，用于基于所述座舱摇杆的偏移量得到飞机的飞行姿态，其中，所述飞行姿态包括飞机载荷；
[0024]
所述离心机映射单元，用于将所述飞机载荷转换为离心机模拟的第一载荷；
[0025]
所述滚转角计算单元，将所述离心机模拟的第一载荷计算转换为所述座舱滚转角，保证所述离心机模拟的第一载荷方向与头足轴方向一致。
[0026]
可选地，所述飞机模型单元为低通滤波器，根据不同的机型更换参数，以模拟不同机型。
[0027]
可选地，所述滚转角计算单元，将所述离心机模拟的第一载荷计算通过下式转换为所述座舱滚转角：
[0028]
θ1＝cos-1
(1/gz1)
[0029]
其中θ1为要计算座舱滚转角，gz1为离心机要模拟的第一载荷。
[0030]
可选地，所述离心机映射单元，用于将所述飞机载荷转换为离心机模拟的第一载荷，包括：
[0031]
当所述飞机载荷的值小于1.4gz，所述离心机模拟的第一载荷的值为1.4gz；
[0032]
当所述飞机载荷的值大于9gz，所述离心机模拟的第一载荷的值为9gz；
[0033]
当所述飞机载荷的值在1.4gz到9gz之间，所述离心机模拟的第一载荷的值等于所述飞机载荷值。
[0034]
可选地，所述最大偏移角的预设范围为0
°
到15
°
。
[0035]
本说明书提供一种载人离心机动态飞行模拟控制方法，包括如下步骤：
[0036]
步骤一，基于座舱摇杆的偏移量通过飞行姿态解算得到离心机要模拟的第一载荷，并基于所述第一载荷计算得到在载荷方向与人体头足轴一致时的座舱滚转角；
[0037]
步骤二，基于所述第一载荷、最大偏移角和最大载荷得到人体头足轴偏离载荷方向的座舱偏移角；其中，最大载荷为第一载荷、第二载荷及第三载荷中的最大值，第二载荷基于座舱摇杆摇动的角度通过离心机模型得到，第三载荷基于最大偏移角获得；
[0038]
步骤三，控制座舱旋转角为基于所述座舱滚转角和所述座舱偏移角的和。
[0039]
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0040]
1、设定最大偏移角度φ，使得载荷在小于或等于1.4gz时候的偏移角度δθ始终为φ，这样就相当于在基础载荷时提前对座舱进行了小幅度的滚转，当飞行员操纵摇杆增加载荷时座舱就无需从45
°
的滚转角开始滚转，而是从(45+φ)
°
，从而缩小了滚转角度，进而降低了科里奥利效应；
[0041]
2、不管在载荷上升还是下降时，使载荷偏离头足轴的偏移角始终维持在φ到-φ之间，且是连续变化，这样就在人体无法察觉的条件下降低了滚转角度，进而降低了科里奥利效应。综上所述，本发明的实施例提供了一种载人离心机动态飞行模拟控制系统，本发明通过在离心机载荷运动曲线的底部增大滚转角，在顶部降低滚转角，从而实现了减少座舱滚转的幅度，继而改善了科里奥利效应，有利于降低在载人离心机动态飞行训练的科里奥利效应；
[0042]
3、采用条件函数使座舱偏移角连续缓慢的变化，从基础载荷的最大偏移角φ逐渐过渡为载荷峰值时的最大偏移角负值-φ，继而保证载荷能够不出现阶跃的变化。采用条件函数，能够更为灵活的设定载荷和偏移角度的关系，进而降低载人离心机动态训练时的科里奥利效应。
[0043]
本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。
附图说明
[0044]
附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
[0045]
图1为离心机的结构和坐标系示意图；
[0046]
图2为座舱滚转时的加速度示意图；
[0047]
图3为控制系统流程框图。
具体实施方式
[0048]
下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本技术的一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。
[0049]
实施例1
[0050]
目前的研究已表明科里奥利效应可以通过减小离心机大臂的旋转角速度、座舱滚转的角速度和角度来实现。考虑到离心机大臂的旋转角速度是由模拟的载荷决定且一般难以快速的精确调节，因此可通过调节座舱的滚转运动来改善科里奥利效应。事实上人类无法完美的感知重力或载荷是否与人体的头足轴平行，如果能够利用这种感知的不准确性，降低座舱的滚转速度，减少滚转角度，那么就能够降低动态飞行模拟时的科里奥利效应。
[0051]
在离心机进行座舱的滚转运动时，飞行员察觉不到自身头足纵轴与载荷方向之间的微小偏差。因此定义一个允许的最大偏移角，只要在运动过程中座舱的真实滚转角度与理论上正确的旋转角度之间的差值一直保持在最大偏移角度之内，飞行员就会认为载荷的方向是正确且连贯的。然后利用该最大偏移角，在载荷曲线的底部增大滚转角度，在载荷曲线的顶部降低滚转角度，就能实现在动态飞行模拟过程中减少离心机座舱的滚转幅度和速度，从而降低动态飞行模拟中的科里奥利效应。
[0052]
本发明实施例提供了一种载人离心机动态飞行模拟控制系统，如图3所示。
[0053]
本实施例中，一种利用载荷小幅偏移减轻科里奥利效应的载人离心机动态飞行模拟控制系统，包括滚转模块、偏移模块和控制模块。滚转模块用于计算载荷方向与人体头足向一致时的座舱滚转角度θ1；偏移模块用于计算在保证人体无法感觉到异常的情况下人体头足轴偏离载荷方向的座舱偏移角δθ；控制模块，最后将座舱滚转角度θ1和座舱偏移角δθ两个角度相加，得到最终座舱旋转角θ2。
[0054]
本发明有益效果为：本发明提出了一种自动模拟控制系统，与现有技术方案相比，本发明可以在飞行员没有明显异常感觉的情况下减少离心机座舱的滚转角度，进而降低科里奥利效应，改善载人离心机动态飞行模拟过程中的负效应，有利于采用载人离心机进行复杂的动态飞行模拟训练。
[0055]
所述滚转模块用于基于座舱摇杆的偏移量通过飞行姿态解算得到离心机要模拟的第一载荷，并基于所述第一载荷计算得到在载荷方向与人体头足轴一致时的座舱滚转角；输入为飞行员对座舱摇杆的操作量，输出包括第一载荷以及载荷方向与人体头足向一致时的座舱滚转角。
[0056]
滚转模块包括座舱摇杆单元、飞机模型单元、离心机映射单元、滚转角计算单元。
[0057]
座舱摇杆单元，用于接受飞行员对座舱中的座舱摇杆的操纵动作，将飞行员对于座舱摇杆的操作转换为推杆和拉杆的操作量，即座舱摇杆的前后移动幅度，得到座舱摇杆偏移量；以及获得座舱摇杆摇动的角度。
[0058]
飞行员在空中一般通过座舱摇杆控制飞机的旋转运动(俯仰运动和滚转运动)，而一般俯仰运动决定了飞机的载荷大小，因此通过将座舱摇杆的前后移动幅度提取出来，可以方便后续判断运动中载荷的大小。
[0059]
飞机模型单元，用于基于所述座舱摇杆的偏移量得到飞机的飞行姿态，具体的，飞机模型单元相当于是一个低通滤波器，可以通过输入座舱摇杆的前后移动幅度，输出飞机的飞行姿态，包括飞机载荷。飞机模型单元可以根据不同的机型更换内部参数，模拟不同的
机型，如歼-10、歼-15、歼-20等，使飞行员在操纵离心机时与计划训练机型的操作感受接近，更加贴近真实飞行时的感受。飞行模拟单元本质上是一个低通滤波器，可以进行一定的时间延迟，这就有利于本发明提前计算下一时刻的载荷。
[0060]
离心机映射单元，将飞行姿态中的飞机载荷转换为离心机要模拟的载荷第一载荷gz1。
[0061]
由于受限于机械性能，离心机并不能完全模拟飞行中的载荷，因此要将飞行载荷转换为离心机载荷，离心机载荷上下限默认为1.4gz到9gz，小于下限的载荷输入默认输出1.4gz，大于上限的载荷输入则默认输出9gz，在两者之间的载荷输入默认原值输出，输出值赋值给gz1。
[0062]
离心机映射单元该部分的作用为：受限于离心机本身的机械性能，通常情况下，离心机并不能完全模拟出飞机在空中的载荷，因此需要将飞机载荷映射为离心机要模拟的载荷，这样就可以用性能有限的离心机模拟出飞机在空中的载荷。
[0063]
滚转角计算单元，通过离心机要模拟的第一载荷gz1计算，得到座舱滚转角θ1。
[0064]
所述滚转角计算单元可以将离心机要模拟的第一载荷gz1，转换为离心机的滚转角，如果离心机座舱按照这一滚转角进行滚转运动，则可以保证载荷的方向与头足轴方向一致。
[0065]
座舱的滚转角计算，如公式(1)所示：
[0066]
θ1＝cos-1
(1/gz1)
ꢀꢀ
(1)
[0067]
其中θ1为要计算的座舱滚转角，gz1为离心机要模拟的第一载荷。
[0068]
滚转角计算单元该部分的作用为：可以快速得到载荷方向与头足轴一致时所需要的座舱滚转角，方便后续对座舱的滚转角进行优化。
[0069]
所述偏移模块的输入为座舱摇杆摇动的角度、离心机要模拟的第一载荷gz1，以及最大偏移角φ，输出为座舱偏移角δθ。
[0070]
偏移模块包括离心机模型单元、预设载荷计算单元、取极值单元、滤波器单元和条件函数单元。
[0071]
该部分的作用为：通过条件函数映射的方法，使离心机当前要模拟的载荷gz1映射为座舱偏移角δθ。
[0072]
所述离心机模型单元，将座舱摇杆摇动的角度，转换为离心机要模拟的第二载荷gz2。
[0073]
该部分的作用为：在飞行过程中，飞机的载荷主要由飞行员对操纵杆的推拉幅度决定决定，因此在采用离心机模拟动态飞行时，只要将飞行员推拉操纵杆的角度，映射为离心机要模拟的载荷量即可快速得到离心机要模拟的载荷gz2，如公式(3)所示：
[0074][0075]
其中，为座舱摇杆摇动的角度，k为敏感系数，k为预定值，单位为gz/
°
，取值范围为0.1-0.5。
[0076]
k值越大，对座舱摇杆摇动的角度越敏感，k的作用为把座舱摇杆摇动的角度快速转换为离心机要模拟的载荷gz2。
[0077]
另一方面，在滚转模块中经过飞机模型单元和离心机映射单元的处理才能得到离心机要模拟的第一载荷gz1，而因为飞机模型单元本质是低通滤波器，因此离心机要模拟的
第一载荷gz1的相位要慢于离心机要模拟的第二载荷gz2的相位，即通过这种方法提前得到离心机要模拟的载荷gz2。
[0078]
所述预设载荷计算单元，输入为最大偏移角φ，经过线性关系计算输出第三载荷gz3。
[0079]
这里的φ为设定的最大偏移角，即飞行员无法察觉载荷方向与头足轴不平行的最大角度，而第三载荷gz3的大小是由最大偏移角φ的大小决定的，两者的线性关系如公式(4)所示：
[0080][0081]
其中roundup(，1)函数表示保留一位小数且向上取整。
[0082]
设定最大偏移角φ的作用为：
[0083]
第一，设定最大偏移角度φ，使得载荷在小于或等于1.4gz时候的偏移角度δθ始终为φ，这样就相当于在基础载荷时提前对座舱进行了小幅度的滚转，当飞行员操纵摇杆增加载荷时座舱就无需从45
°
的滚转角开始滚转，而是从(45+φ)
°
，从而缩小了滚转角度，进而降低了科里奥利效应。
[0084]
第二，不管在载荷上升还是下降时，使载荷偏离头足轴的偏移角始终维持在最大偏移角φ到最大偏移角负值-φ之间，且是连续变化，这样就在人体无法察觉的条件下降低了滚转角度，进而降低了科里奥利效应。
[0085]
在载荷的峰值时，载荷偏离头足轴的角度为-φ，即座舱相当于少滚转了φ，进一步的降低了滚转角度，改善了科里奥利现象造成的负效应。
[0086]
这里的最大偏移角φ值可以进行调整，可以调整为0
°
到15
°
之间的任意角度。可以根据离心机训练对象和训练任务的差异对最大偏移角φ值进行调整，进而同步实现了对第三载荷gz3实现调整。
[0087]
设置最大偏移角φ值是可调的，通过调节最大偏移角φ值进而实现调节载荷参数gz3。采用最大偏移角φ值可调节的方式有两个作用：
[0088]
第一，不同人群的最大偏移角φ值并不是相同的。对于经验丰富的飞行员，他们一般能够对滚转角的偏差值更为敏感，因此最大偏移角φ值要更小，而新飞行员、飞行学员、没有飞行经验的人群则对滚转角的偏差较为迟钝，且更容易发生科里奥利效应，应将φ值设定在较高的数值，因此采用φ值可调的方式可以使飞行模拟更加逼真；
[0089]
第二，不同的动态飞行模拟训练内容对滚转角准确程度的要求也是不同的，对于较低载荷的动态飞行模拟任务对滚转角的准确性要求较高，而对于需要频繁快速拉升载荷的动态飞行模拟任务，对滚转角的准确性要求就较低，而且为避免科里奥利效应造成飞行任务终止，也可以提前提高最大偏移角φ值，因此采用最大偏移角φ值可调的方式可以使该控制系统更好的适应不同的动态飞行模拟任务。
[0090]
取极值单元，输入为离心机模拟的第二载荷gz2、离心机映射单元输出的第一载荷gz1，以及一个参数值第三载荷gz3，gz3基于最大偏移角获得，取极值单元通过持续的比较，始终输出当前时刻gz1、gz2和gz3三者中的最大值g
max
，作为初始最大载荷值。其中gz3的取值，在实际训练中根据最大偏移角φ进行0
°
到15
°
之间调整，进而得到对应的gz3的取值。
[0091]
取极值单元部分的作用为：
[0092]
在载荷上升阶段：gz2》gz3时，始终输出gz2；gz2≤gz3时始终输出gz3；在载荷的下降阶段：gz1》gz3时，始终输出gz1；gz1≤gz3时始终输出gz3。这样保证了取极值单元输出始终大于或等于gz3，且当gz1和gz2都大于gz3时，始终输出gz1和gz2两者中的最大值。
[0093]
滤波器单元是一个低通滤波器，滤波器单元将取极值输出的初始最大载荷值g
max
进行滤波处理，将高频分量去除，获得去除了高频分量的最大载荷g
max2
。
[0094]
滤波器单元的作用为：可以将取极值单元输出的数据进行滤波处理，将高频分量去除，从而使载荷的运动曲线更加平滑，方便后续处理。
[0095]
所述条件函数单元，输入为离心机要模拟的第一载荷gz1、去除了高频分量的最大载荷g
max2
、最大偏移角φ，输出座舱偏移角δθ，条件函数如(5)所示：
[0096][0097]
该条件函数可根据基础载荷1.4gz、第一载荷gz1、最大载荷g
max2
的相对大小分为三个阶段：
[0098]
1)当gz1≤1.4时，座舱偏移角恒为φ，这就保证了载荷较小时保持偏差角度为φ，使得在后续载荷增大时降低座舱滚转角；
[0099]
2)gz1＞g
max2
时，座舱偏移角恒为-φ，这就保证了载荷较大时保持偏差角度为-φ，这不仅降低了在载荷峰值时的滚转角度，也使得在降低了后续载荷下降时的座舱滚转角；
[0100]
3)1.4＜gz1≤g
max2
时，座舱偏移角为这保证了载荷在向峰值变化过程中滚转角的偏转角可以连续变化，被训练中的飞行员不容易察觉座舱偏转角的存在。
[0101]
采用条件函数的方式的作用如下：
[0102]
第一，可以使本发明容易通过目前通用的自动控制软件实现，因为一般的自动控制软件都有条件函数；
[0103]
第二，实际采用离心机进行载荷训练过程中，随着载荷的增加人体对于滚转角的偏移角度会越来越敏感，在理想情况下载荷幅值与座舱偏移角有线性关系，也有非线性关系，最大偏移角会随着载荷的增加而降低，采用条件函数来实施本发明有利于后续进一步的更改条件函数，使得本发明更符合人体的感知觉特点；
[0104]
第三，采用载人离心机进行动态飞行模拟时飞行员被要求完成在空中十分危险的飞行机动动作，甚至故意制造飞机失控、倒飞、尾旋等极端飞行条件然后要求飞行员应对，根据任务不同更改载荷与最大偏移角的关系，采用条件函数就能根据实际情况灵活更改两者的关系。
[0105]
综上所述，条件函数使座舱偏移角连续缓慢的变化，从基础载荷的最大偏移角φ逐渐过渡为载荷峰值时的最大偏移角负值-φ，继而保证载荷能够不出现阶跃的变化。采用条件函数，能够更为灵活的设定载荷和偏移角度的关系。
[0106]
所述控制模块，输入为座舱滚转角θ1和座舱偏移角δθ，将偏移角度δθ与座舱的
滚转角度θ1相加，最终就能得到优化后的座舱的滚转角度θ2，如公式(6)所示。
[0107]
θ2＝θ1+δθ
ꢀꢀ
(6)
[0108]
在载荷上升阶段，因为gz2在时间相位上比gz1更小，因此gz2＞gz1，此时可以分为两种情况：
[0109]
在载荷稳定阶段，此时gz2与gz1几乎相同，则gz1≈g
max2
，此时δθ恒为-5
°
。
[0110]
在载荷的下降阶段，因为gz2在时间相位上比gz1更小，因此gz2＜gz1，此时可以分为两种情况：
[0111]
第一种情况，gz1≤1.8gz时，此时g
max
和g
max2
恒为1.8gz，如果gz1≤1.8，偏移角度恒为5
°
，当gz1＞1.4gz则偏移角度随着gz1的增大而减小，最终为偏移角度δθ为-5
°
；
[0112]
第二种情况，gz1＞1.8时，此时g
max
＝gz1，g
max2
接近于g
max
，因此gz1≈g
max2
，最终δθ近似为-5
°
。
[0113]
综上可知，不管是载荷上升还是下降，当gz1≤1.4时，δθ均为5
°
，离心机的座舱的滚转角θ1为50
°
，即座舱始终在此角度下等待指令。gz1＞1.4时，δθ逐渐降低，在离心机的载荷达到最大值时，δθ为-5
°
，此时座舱的滚转角θ1为45
°
。
[0114]
综上所述，通过上述分析可知：
[0115]
1.当载荷上升初期，当gz1≤1.4时，δθ均为5
°
，离心机的座舱的滚转角θ1为50
°
，此时座舱在等待着下一步指令，相当于预判了飞行员会进行更大的载荷运动，从而在载荷曲线底部增大滚转角的变化。
[0116]
2.在gz1＞1.4时，随着载荷上升，δθ逐渐降低，从正值逐渐转变为负值，最终在载荷峰值时δθ变为-5
°
，由于θ1+δθ＝θ2，即在载荷峰值时，座舱滚转角的幅值少了5
°
，从而在载荷曲线峰值的顶部降低滚转角的变化。
[0117]
3.gz1重新下降回到1.4gz以下时，δθ均为5
°
，类似于第一条，滚转角会回到50
°
而不是45
°
，从而在载荷曲线的底部增大滚转角的变化。
[0118]
实施例2
[0119]
一种基于上述飞行模拟控制系统的载人离心机动态飞行模拟控制方法，包括步骤：
[0120]
步骤一，基于座舱摇杆的偏移量通过飞行姿态解算得到离心机要模拟的第一载荷，并基于所述第一载荷计算得到在载荷方向与人体头足轴一致时的座舱滚转角；
[0121]
步骤二，基于所述第一载荷、最大偏移角和最大载荷得到人体头足轴偏离载荷方向的座舱偏移角；其中，最大载荷为第一载荷、第二载荷及第三载荷中的最大值，第二载荷基于座舱摇杆摇动的角度通过离心机模型得到，第三载荷基于最大偏移角获得；
[0122]
步骤三，控制座舱旋转角为基于所述座舱滚转角和所述座舱偏移角的和。
[0123]
上述方法实施例与系统实施例基于相同的发明构思，能够达到相同的技术效果。
[0124]
本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法的全部或部分流程，可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于计算机可读存储介质中。其中，所述计算机可读存储介质为磁盘、光盘、只读存储记忆体或随机存储记忆体等。
[0125]
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种载人离心机动态飞行模拟控制系统，其特征在于，包括：滚转模块，用于基于座舱摇杆的偏移量通过飞行姿态解算得到离心机要模拟的第一载荷，并基于所述第一载荷计算得到在载荷方向与人体头足轴一致时的座舱滚转角；偏移模块，用于基于所述第一载荷、最大偏移角和最大载荷得到人体头足轴偏离载荷方向的座舱偏移角；其中，最大载荷为第一载荷、第二载荷及第三载荷中的最大值，第二载荷基于座舱摇杆摇动的角度通过离心机模型得到，第三载荷基于最大偏移角获得；控制模块，用于控制座舱旋转角为基于所述座舱滚转角和所述座舱偏移角的和。2.根据权利要求1所述的载人离心机动态飞行模拟控制系统，其特征在于，所述偏移模块包括条件函数单元，用于基于所述第一载荷、最大偏移角和所述最大载荷得到人体头足轴偏离载荷方向的座舱偏移角；其中，所述条件函数单元基于下式得到座舱偏移角：其中，δθ为座舱偏移角，φ为最大偏移角，gz1为离心机模拟的第一载荷，g
max2
为最大载荷。3.根据权利要求2所的载人离心机动态飞行模拟控制系统，其特征在于，所述偏移模块还包括预设载荷计算单元，用于基于预设最大偏移角，通过下式转换得到第三载荷：其中gz3为第三载荷，φ为预设最大偏移角。4.根据权利要求3所述的载人离心机动态飞行模拟控制系统，其特征在于，所述偏移模块还包括离心机模型单元、取极值单元和滤波器单元；所述离心机模型单元用于获得座舱摇杆摇动的角度，转换为离心机模拟的第二载荷；所述取极值单元，通过持续比较所述离心机模拟的第一载荷、所述离心机模拟的第二载荷和所述第三载荷，输出三者中最大值；所述滤波器单元，用于对取极值单元输出的最大值进行滤波处理，去除高频分量，得到最大载荷值。5.根据权利要求1所述的载人离心机动态飞行模拟控制系统，其特征在于，所述滚转模块包括座舱摇杆单元、飞机模型单元、离心机映射单元、滚转角计算单元；所述座舱摇杆单元，用于感知飞行员对于座舱摇杆的操作量，得到座舱摇杆的偏移量；所述飞机模型单元，用于基于所述座舱摇杆的偏移量得到飞机的飞行姿态，其中，所述飞行姿态包括飞机载荷；所述离心机映射单元，用于将所述飞机载荷转换为离心机模拟的第一载荷；所述滚转角计算单元，将所述离心机模拟的第一载荷计算转换为所述座舱滚转角，保证所述离心机模拟的第一载荷方向与头足轴方向一致。6.根据权利要求5所述的载人离心机动态飞行模拟控制系统，其特征在于，包括：所述飞机模型单元为低通滤波器，根据不同的机型更换参数，以模拟不同机型。7.根据权利要求5所述的载人离心机动态飞行模拟控制系统，其特征在于，所述滚转角
计算单元，将所述离心机模拟的第一载荷计算通过下式转换为所述座舱滚转角：θ1＝cos-1
(1/gz1)其中θ1为要计算的座舱滚转角，gz1为离心机要模拟的第一载荷。8.根据权利要求5所述的载人离心机动态模拟控制系统，其特征在于，所述离心机映射单元，用于将所述飞机载荷转换为离心机模拟的第一载荷，包括：当所述飞机载荷的值小于1.4gz，所述离心机模拟的第一载荷的值为1.4gz；当所述飞机载荷的值大于9gz，所述离心机模拟的第一载荷的值为9gz；当所述飞机载荷的值在1.4gz到9gz之间，所述离心机模拟的第一载荷的值等于所述飞机载荷值。9.根据权利要求3所述的载人离心机动态飞行模拟控制系统，其特征在于，包括：所述最大偏移角的预设范围为0
°
到15
°
。10.一种基于权利要求1-9任一项控制系统的载人离心机动态飞行模拟控制方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一，基于座舱摇杆的偏移量通过飞行姿态解算得到离心机要模拟的第一载荷，并基于所述第一载荷计算得到在载荷方向与人体头足轴一致时的座舱滚转角；步骤二，基于所述第一载荷、最大偏移角和最大载荷得到人体头足轴偏离载荷方向的座舱偏移角；其中，最大载荷为第一载荷、第二载荷及第三载荷中的最大值，第二载荷基于座舱摇杆摇动的角度通过离心机模型得到，第三载荷基于最大偏移角获得；步骤三，控制座舱旋转角为基于所述座舱滚转角和所述座舱偏移角的和。

技术总结
本发明提供一种载人离心机动态飞行模拟控制系统，属飞行控制领域，包括：滚转模块基于座舱摇杆的偏移量通过飞行姿态得到离心机要模拟的第一载荷，基于第一载荷计算得到在载荷方向与人体头足轴一致时的座舱滚转角；偏移模块基于所述第一载荷、最大偏移角和最大载荷得到人体头足轴偏离载荷方向的座舱偏移角；最大载荷为第一载荷、第二载荷及第三载荷中的最大值，第二载荷基于座舱摇杆摇动的角度通过离心机模型得到，第三载荷基于最大偏移角获得；控制模块用于控制座舱旋转角为基于所述座舱滚转角和所述座舱偏移角的和。本发明通过设定最大偏移角度φ，座舱从(45+φ)


技术研发人员：郭大龙 王聪 贾宏博 周玉彬 秦瑜斐 崔婷婷 尚腊梅 田甄 王中天
受保护的技术使用者：中国人民解放军空军特色医学中心
技术研发日：2023.03.28
技术公布日：2023/7/12