三轴载人离心机过载模拟最优化方法、装置、设备及介质与流程

本发明涉及过载模拟，具体涉及一种三轴载人离心机过载模拟最优化方法、装置、设备及介质。

背景技术：

1、为了模拟真实飞机的过载模拟过程，现有技术中需要对比飞机过载与三轴载人离心机座舱的过载，并根据对比结果选择不同的算法计算三轴载人离心机各轴参数，导致计算所需的时间长，影响计算结果的实时性。在解算每一时刻三轴载人离心机各轴参数时仅仅采用反解运动学方程的方法，这导致目前的技术在模拟有载阶段的加速度场景时存在一定的精确性限制。在模拟高过载变化率的复杂加速度模式方面当前的过载模拟算法中采用了离散化和差分的方法，在加速度变化率过高的瞬间会导致三轴载人离心机各轴参数的计算值异常偏大，导致计算失败或计算值与实际情况完全脱离的情况。

2、由于真实的航空航天任务中存在多种复杂的加速度模式，如爬升/下滑，筋斗，横滚，盘旋，螺旋，俯冲加跃升，半筋斗翻转，半滚倒转，失速等，这些加速的模式均存在卸载阶段，且加速度变化率高，变化频率快，因此现有技术在模拟高过载变化率场景时存在精确性限制的问题，从而常常出现求解三轴载人离心机各轴参数不精确甚至无法求解的情况。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种三轴载人离心机过载模拟最优化方法、装置、设备及介质，以解决现有技术中求解三轴载人离心机各轴参数不精确的问题。

2、第一方面，本发明提供了一种三轴载人离心机过载模拟最优化方法，该方法包括：

3、构建三轴载人离心机的运动学正问题模型；

4、按照预设离散时间步长对基于三轴载人离心机三轴角度、角速度及角加速度确定的状态空间矢量进行离散化，得到离散化的状态空间矢量；

5、基于离散化的状态空间矢量、运动学正问题模型和预先获取的飞机过载飞行状态的目标过载参数构建优化目标函数；

6、基于离散化的状态空间矢量和优化目标函数构建最优化问题，对最优化问题求解后得到三轴载人离心机过载模拟的三轴角度、角速度及角加速度。

7、本发明实施例提供的三轴载人离心机过载模拟最优化方法，通过构建三轴载人离心机的运动学正问题模型，按照预设离散时间步长对基于三轴载人离心机三轴角度、角速度及角加速度确定的状态空间矢量进行离散化，得到离散化的状态空间矢量，基于离散化的状态空间矢量、运动学正问题模型和预先获取的飞机过载飞行状态的目标过载参数构建优化目标函数；基于离散化的状态空间矢量和优化目标函数构建最优化问题，对最优化问题求解后得到三轴载人离心机过载模拟的三轴角度、角速度及角加速度。最优化问题能够直接对三轴载人离心机过载模拟的三轴角度、角速度及角加速度进行求解，无需考虑三轴载人离心机的加载和卸载阶段，提高了求解的精度，解决了现有技术中求解三轴载人离心机各轴参数不精确的问题。

8、在一种可选的实施方式中，三轴载人离心机包括主旋转臂，主旋转臂包括中框和飞行员座舱；构建三轴载人离心机的运动学正问题模型包括：

9、建立基坐标系和飞行员座舱坐标系；

10、计算基坐标系至飞行员座舱坐标系的转换矩阵；

11、基于转换矩阵计算三轴载人离心机的模型x轴过载分量、模型y轴过载分量和模型z轴过载分量及模型合过载，构建三轴载人离心机的运动学正问题模型。

12、本发明实施例提供的三轴载人离心机过载模拟最优化方法，基于三轴载人离心机结构建立基坐标系和飞行员座舱坐标系，并计算基坐标系至飞行员座舱坐标系的转换矩阵，基于转换矩阵计算三轴载人离心机的模型x轴过载分量、模型y轴过载分量和模型z轴过载分量及模型合过载，构建三轴载人离心机的运动学正问题模型，进而构建三轴载人离心机的运动学正问题模型，通过构建的三轴载人离心机的运动学正问题模型为后续求解三轴载人离心机各轴参数提供了理论支持。

13、在一种可选的实施方式中，按照预设离散时间步长对基于三轴载人离心机三轴角度、角速度及角加速度确定的状态空间矢量进行离散化，得到离散化的状态空间矢量，包括：

14、将三轴载人离心机三轴角度、角速度及角加速度设定为状态空间矢量；

15、采用newmark-β算法按照预设离散时间步长对所述状态空间矢量进行离散化，得到离散化的状态空间矢量。

16、本发明实施例提供的三轴载人离心机过载模拟最优化方法，通过将三轴载人离心机三轴角度、角速度及角加速度设定为状态空间矢量；采用newmark-β算法按照预设离散时间步长对所述状态空间矢量进行离散化，得到离散化的状态空间矢量，可以有效模拟飞行员预设离散步长下感受到的三轴载人离心机三轴角度、角速度及角加速度构成的过载，提高了模拟结果的准确性。

17、在一种可选的实施方式中，目标过载参数包括目标x轴过载分量、目标y轴过载分量和目标z轴过载分量及目标合过载；

18、基于离散化的状态空间矢量、运动学正问题模型和预先获取的飞机过载飞行状态的目标过载参数构建优化目标函数包括：

19、基于离散化的状态空间矢量，计算运动学正问题模型中模型x轴过载分量、模型y轴过载分量和模型z轴过载分量及模型合过载分别与目标x轴过载分量、目标y轴过载分量和目标z轴过载分量及目标合过载的差值；

20、构建差值在预设离散时间步长下的优化目标函数。

21、本发明实施例提供的三轴载人离心机过载模拟最优化方法，基于离散化的状态空间矢量、运动学正问题模型和预先获取的飞机过载飞行状态的目标过载参数构建优化目标函数，明确了后续构建最优化问题的目标值，为后续构建最优化问题提供了基础。

22、在一种可选的实施方式中，基于离散化的状态空间矢量和优化目标函数构建最优化问题，对最优化问题求解后得到三轴载人离心机过载模拟的三轴角度、角速度及角加速度包括：

23、将离散化的状态空间矢量作为优化目标函数的约束条件，构建由优化目标函数最小化和约束条件组成的最优化问题；

24、将优化目标函数最小化作为函数值，将约束条件作为决策变量，采用非线性优化求解算法对所述函数值和决策变量进行求解得到三轴载人离心机过载模拟的三轴角度、角速度及角加速度。

25、本发明实施例提供的三轴载人离心机过载模拟最优化方法，通过设置优化目标函数和约束条件，并将优化目标函数作为函数值，将约束条件作为决策变量，采用非线性优化求解算法对所述函数值和决策变量进行求解得到三轴载人离心机过载模拟的三轴角度、角速度及角加速度，设置的约束条件可以防止出现异常值，可以避免由于加速度变化率过高导致的各轴参数计算值异常偏大的问题，保证模拟结果的稳定性，且在求解过程中不需要考虑过载模拟时的加载和卸载阶段，可以直接对三轴载人离心机各轴参数进行求解，减小了计算量的同时提高了精度，使得三轴载人离心机模拟算法更加简洁高效，能够准确模拟各种复杂的过载场景。

26、在一种可选的实施方式中，还包括：将求解得到的三轴载人离心机过载模拟的三轴角度、角速度及角加速度输入至运动学正问题模型中进行验证。

27、在一种可选的实施方式中，将求解得到的三轴载人离心机过载模拟的三轴角度、角速度及角加速度输入至运动学正问题模型中进行验证包括：

28、将求解得到的三轴载人离心机过载模拟的第二三轴角度、第二角速度及第二角加速度输入至运动学正问题模型得到计算过载参数；

29、将计算过载参数与预先获取的飞机过载飞行状态的目标过载参数进行比较，验证计算过载参数与目标过载参数的一致性。

30、本发明实施例提供的三轴载人离心机过载模拟最优化方法，将求解得到的三轴载人离心机过载模拟的三轴角度、角速度及角加速度输入至运动学正问题模型得到计算过载参数，实现了计算过载参数与目标过载参数的一致性验证。

31、第二方面，本发明提供了一种三轴载人离心机过载模拟最优化装置，该装置包括：

32、第一构建模块，用于构建三轴载人离心机的运动学正问题模型；

33、离散化模块，用于按照预设离散时间步长对基于三轴载人离心机三轴角度、角速度及角加速度确定的状态空间矢量进行离散化，得到离散化的状态空间矢量；

34、第二构建模块，用于基于离散化的状态空间矢量、运动学正问题模型和预先获取的飞机过载飞行状态的目标过载参数构建优化目标函数；

35、求解模块，用于基于离散化的状态空间矢量和优化目标函数构建最优化问题，对最优化问题求解后得到三轴载人离心机过载模拟的三轴角度、角速度及角加速度。

36、第三方面，本发明提供了一种计算机设备，包括：存储器和处理器，存储器和处理器之间互相通信连接，存储器中存储有计算机指令，处理器通过执行计算机指令，从而执行上述第一方面或其对应的任一实施方式的三轴载人离心机过载模拟最优化方法。

37、第四方面，本发明提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有计算机指令，计算机指令用于使计算机执行上述第一方面或其对应的任一实施方式的三轴载人离心机过载模拟最优化方法。