直升机模拟器是一种能够逼真地模拟直升机在地面和空中运动的航空试验设备,它不仅能够培训飞行员常规的直升机操纵技能,还能训练飞行员应对极端恶劣天气、飞机严重故障等特殊飞行场合的能力。直升机操纵力感控制系统作为飞行员与直升机模拟器之间的交互系统,主要作用是模拟飞行的过程中飞行员受到的操纵力感。飞行员驾驶直升机模拟器的过程中,需要操纵直升机模拟器的操纵杆,与此同时会感受到实时的反馈力。直升机模拟器的操纵力感控制系统需要确保飞行员的操纵力感与操纵直升机时相同。国内现有的直升机模拟器操纵力感控制系统发展缓慢、有待提高。低成本、高精端的操纵力感控制系统难以开发,导致此领域长期受到发达国家的技术垄断。因此,本论文深入研究了飞行员操纵直升机时的操纵力感及其实现方式,基于直升机模拟器上的二自由度电动式操纵杆,设计了直升机操纵力感控制算法,用来模拟飞行员在驾驶直升机时受到的反馈力,使得飞行员有良好的力觉临场感。论文主要完成了以下工作:(1)建立了直升机模拟器操纵杆的动力学模型。进行了直升机模拟器上二自由度电动式操纵杆的动力学分析,得到了驱动力矩关于重力矩、摩擦力矩、操纵力矩以及操纵杆运动角度之间的表达式。(2)建立了直升机模拟器操纵杆的摩擦力矩模型并对操纵杆进行了动力学参数的辨识。基于Stribeck摩擦模型建立了操纵杆的摩擦力矩模型并采用sigmoid函数对其进行了修正。基于操纵杆的动力学模型和摩擦力矩模型进行了实验,采用曲线拟合和遗传算法对操纵杆的重力矩参数、摩擦力矩参数以及转动惯量进行了辨识。(3)设计了直升机操纵力感自适应阻抗控制算法,来实现飞行员的操纵力矩对期望力矩的力矩跟踪。建立了直升机操纵力感数据库,基于阻抗控制的理论为操纵杆设计了直升机操纵力感控制算法。基于动力学模型和辨识出的重力矩参数、摩擦力矩参数以及转动惯量,采用针对多余力的自适应补偿的方法补偿了重力矩和摩擦力矩的影响,提高了位置控制器的跟踪效果。(4)设计了界面软件,采用直升机操纵力感自适应阻抗控制算法进行了力矩跟踪实验,并对实验结果进行了分析。基于Windows平台,采用Qt设计了界面软件,实现了计算机与驱动器、计算机与力传感器之间的通信,从而能够对电机的电流、转速、位置信息以及力传感器接收到的力信号进行采集。通过设计的软件对前馈补偿以及自适应补偿这两种位置控制器的效果进行了实验对比,采用了操纵力感自适应阻抗控制算法进行力矩跟踪实验,对实验结果进行分析,验证了设计的控制算法的合理性。