列车驾驶模拟器经典洗出算法的参数优化.pdfVIP

第29卷，第5期 中 国 铁 道 科 学 V01．29No．5 2 008年9月 CHINARAII。WAYSCIENCE 文章编号：1001—4632(2008)05—0102—06 列车驾驶模拟器经典洗出算法的参数优化 王小亮1，李 立1，张卫华2 (1．西南交通大学机械工程学院，四川成都610031； 2．西南交通大学牵引动力国家重点实验室，四川成都610031) 摘要：洗出算法参数的选择对模拟器逼真度有直接的影响。针对目前应用于列车驾驶模拟器经典洗出算 法参数选择的不足，根据经典洗出算法原理推导出整体传递函数关系式作为目标函数，以定量表述平台运动空 间、响应能力和人体感觉阈值对模拟器逼真度的影响作为约束条件，选择简洁、灵活的极点配置滤波器方程， 利用遗传算法进行优化，寻找出最适合模拟器配置的算法参数。运用MATLAB软件，对优化前后的平台运动和 人体运动感觉进行比较，结果显示优化后经典洗出算法参数明显提高了模拟器的逼真度。 关键词：列车驾驶模拟器；经典洗出算法；遗传算法；参数优化；模拟器逼真度 中图分类号：U268．4文献标识码：A 体感模拟算法，又称为洗出算法(Washout Algorithm)，是指在有限的平台运动空间内复现真 经典洗出算法简介 实环境中人所能感受到的角速度和力的运动驱动算 法，是影响模拟器中人体运动感觉的关键因素之 根据文献[1]可知，经典洗出算法原理如图 一。目前常见的洗出算法包括经典洗出算法、最优 1所示，以常见的六自由度驾驶模拟器为例，经典 控制洗出算法、协调自适应洗出算法[1]。其中经典 洗出算法由平移(纵向、横向、垂向)通道和旋转 洗出算法以形式简单、易于调节、执行速度快、反 (横滚、俯仰、偏航)通道组成，具体包括平移高 馈迅速等优点广泛应用于实际的运动模拟器设计 通通道、平移低通通道和旋转高通通道。由于力的 中。由于经典洗出算法的参数在模拟器运动计算过 表示可以用加速度来衡量，但因为重力的存在，人 程中是固定不变的[2]，故而算法中参数的选择对模 体对加速度的感觉以比力的形式表现，即惯性加速 拟逼真度将起着至关重要的作用。目前应用于列车 度与重力加速度矢量之差。因此，平移通道的输入 驾驶模拟器经典洗出算法的参数[3“]多是直接采用 为车体下方与模拟器平台质心点相同位置处的比 汽车、飞机等驾驶模拟器洗出算法的参数∞“]，因 力；旋转通道的输入则由于模拟舱和运动平台固结 此，有必要对列车驾驶模拟器经典洗出算法的参数 在一起而选择车体角速度。 进行优化，以降低错误暗示，提高模拟器的逼真 l gI平移高通iiill 度。 以实际设计的六自由度列车驾驶模拟器为研究 平移低通通道 ．1 2阶怔通l l倾斜协f l速度限I 对象，根据模拟器设计要求，利用遗传算法优化出 ]墟玻器一调模块r1制壤块r_ 旋转高通通道 最佳经典洗出算法参数。在相同输入条件下，通过 II骠H；嚣巽J||-l誊箍H黼H嚣卜输入『1制镇块 转矩阵一滤波器n环舌广 比较优化前后经典洗出算法参数所产生的平台运动 及相应的人体运动感觉，以验证优化后的算法参数 对提高模拟器逼真度的效果。 图l经典洗出算法框图 收稿日期：2