操纵负荷系统的力感模拟性能是关系到飞行模拟器模拟效果的重要因素,一个起到力感模拟的操纵负荷系统,应该能够同时实现模拟静态力感和动态力感,电机和控制技术的发展,也为系统的性能提升创造了条件。本文的研究成果不仅可应用到飞行模拟器中,还可以为舰船模拟器或者车辆模拟器提供理论参考,具有较大的工程应用价值。以研制一款轻量化、小型化、集成化的电动操纵负荷系统为目的,使其能够模拟飞行驾驶操纵时的力感,完成了系统整体设计,对力加载机构进行了详细的机械设计,并对机械结构参数进行了优化,分析了影响操纵负荷系统力加载精度的原因,对力感模拟展开了研究。对电动操纵负荷系统的系统组成进行了设计,以小型化、轻量化、集成化为目标,由系统的加载特点确定了加载方式和加载机构的方案,完成了力加载机构详细的机械结构设计,建立了加载机构运动方程,对系统进行受力分析,选定加载电机种类和型号,对力传感器,加速度传感器、钢丝绳等组成部件进行了选型,完成了系统的组建。在系统组建的基础上对操纵负荷系统的动静态力感进行了分析和建模,通过飞机纵向操纵系统数学模型,实现飞机动态力感的仿真,利用ADAMS/Cable模块建立了包含绳轮结构的力加载机构虚拟样机模型,为后续力感模拟的研究做好了铺垫。为了提高提高效率,降低配置功率使结构小型化,在ADAMS中,设定约束条件为机构的角度运动范围,以驱动功率平均值最小和驾驶杆的角加速度值最大值最小为优化目标,对加载机构铰点坐标参数化,采用了ADAMS/View设计研究,基于ADAMS/Insight的试验设计、优化分析对力加载机构杆长进行分析与优化。分析了影响系统力加载性能的原因,对一般操纵负荷系统多余力矩的影响因素进行了定性分析,针对被动力伺服系统中普遍存在的多余力矩抑制问题,针对本系统的力矩电机,设计了PID+前馈控制器来抑制由于驾驶杆的运动扰动而对电机加载端产生的多余力矩。通过加速度信号和速度信号的反馈,补偿系统操纵过程中实时产生的惯性力和阻尼力,实现了电动操纵负荷系统的力感模拟。