近年来,民航产业发展迅速并逐渐走进大众市场,随着飞行的普及,民众对体验飞行的需求也随之增多。运动系统是飞行模拟器研究的核心之一,目前较普遍的六自由度并联平台价格昂贵、工作空间小、占用空间大、控制计算困难等缺点限制了模拟器的普及,为解决以上弊端,本文旨在设计一款具有价格低廉、单自由度运动空间大、占用体积小、控制简单灵活等优点的新型四自由度复合平台,并对其三维结构、运动学、动力学和控制系统进行设计计算及仿真。该产品未来主要应用于飞行体验馆,科技馆,展会等场所。首先,通过民航规章等权威文件归纳得到飞行模拟设备标准及技术指标,提出四自由度飞行模拟器复合平台性能指标及初步设计方案。其次,对平台进行详细结构的设计计算及校核,绘制其三维模型;并运用ANSYS Workbench软件对各个零件分别进行静载荷和动载荷作用下的强度分析,并试验平台在空间可承受的最大冲击载荷。再次,对平台进行运动学分析:通过D-H连杆参数法建立平台坐标系,分别运用齐次变换法和欧拉法求解平台正逆运动学方程;运用MATLAB Robotics Toolbox软件构建平台数学模型,仿真验证运动学方程正确性,对平台进行轨迹规划和工作空间仿真,得到平台末端执行器在空间运行轨迹和所达范围,验证平台设计可行性和仿真正确性。然后,对平台进行动力学分析:分析平台耦合关系,推导耦合动力学方程;运用拉格朗日法建立平台整体动力学方程;分别运用MATLAB Robotics Toolbox和ANSYS Workbench软件对平台进行惯量仿真和模态分析,得到惯量曲线验证了平台耦合现象的存在,各阶振型和固有频率特征为控制优化提供理论依据。最后,设计平台自动控制系统:采用MATLAB Simulink软件对俯仰、滚转模块进行双闭环PID控制建模,通过调节PID参数得到理想响应曲线,验证了平台控制系统模型的正确性及可行性。以上计算仿真为平台实际搭建奠定了理论基础。