一种新的全角度四元数与欧拉角的转换算法 被引量：49

1

作者 张帆 曹喜滨 邹经湘 《南京理工大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2002年第4期376-380,共5页

传统的四元数和欧拉角之间的转换只能是 3个轴的欧拉角都在± 90°之间取值 ,或者 2个轴的欧拉角在± 180°之间 ,另一个轴在± 90°之间取值 ,因而不能实现全角度的四元数与欧拉角之间的转换。该文提出了一个... 传统的四元数和欧拉角之间的转换只能是 3个轴的欧拉角都在± 90°之间取值 ,或者 2个轴的欧拉角在± 180°之间 ,另一个轴在± 90°之间取值 ,因而不能实现全角度的四元数与欧拉角之间的转换。该文提出了一个新的转换算法 ,该算法能在 3个轴的欧拉角都在± 180°之间进行四元数与欧拉角的转换。仿真结果显示 。 展开更多

关键词 转换算法 四元数 姿态控制 欧拉角 飞行器 全角度转换

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姿态运动的Rodrigues参数描述 被引量：38

2

作者 周江华 苗育红 王明海 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2004年第5期514-519,共6页

详细介绍了刚体姿态运动的Rodrigues参数描述,指出了Rodrigues参数的许多新特性,定义了Ro drigues参数的乘法及相关的代数运算,给出了坐标变换的Rodrigues参数乘法描述,推导了Rodrigues参数描述的姿态运动学微分方程及逆运动方程,并给出... 详细介绍了刚体姿态运动的Rodrigues参数描述,指出了Rodrigues参数的许多新特性,定义了Ro drigues参数的乘法及相关的代数运算,给出了坐标变换的Rodrigues参数乘法描述,推导了Rodrigues参数描述的姿态运动学微分方程及逆运动方程,并给出了Rodrigues参数与其他常用姿态描述之间的转换公式。文中指出用Ro drigues参数描述姿态转动具有简洁、直观的优点,而且Rodrigues参数描述的微分方程结构简洁、无多余的约束,其计算效率优于当前广泛应用的四元数方法。文末介绍了Rodrigues参数在弹道导弹捷联姿态实时解算中的应用,基于Rodrigues参数的捷联姿态算法在计算精度、内存消耗上均优于目前弹上计算机使用的四元数递推算法,且计算量仅相当于后者的一半。 展开更多

关键词 坐标变换 姿态 欧拉角 四元数 捷联惯导系统

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旋转矢量在高动态全姿态飞行器运动方程中的应用 被引量：6

3

作者 王红辉 杨绍卿 +2 位作者 吴成富 郝峰 车晓涛 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第3期439-446,共8页

基于旋转矢量是表示角位置变化所对应的等效旋转而不是角位置本身这一基本思想,同时借鉴旋转矢量在捷联惯性导航算法中的应用,建立了将旋转矢量应用于高动态全姿态飞行器运动方程的数学框架。既克服了欧拉角法不适于全姿态解算的缺点,同... 基于旋转矢量是表示角位置变化所对应的等效旋转而不是角位置本身这一基本思想,同时借鉴旋转矢量在捷联惯性导航算法中的应用,建立了将旋转矢量应用于高动态全姿态飞行器运动方程的数学框架。既克服了欧拉角法不适于全姿态解算的缺点,同时,相比于四元数法又提高了高动态角运动情况下姿态解算的效率。对旋转矢量法、四元数法和欧拉角法在数值解算中的不可交换误差进行了分析。据此,针对单通道具有高动态特性的轴对称飞行器,建立了基于准弹体系的旋转矢量法,提高了解算效率。基于某型滚转导弹运动方程的数字仿真表明了旋转矢量法在姿态解算中的有效性和广泛性。 展开更多

关键词 飞行器控制、导航技术 旋转矢量 欧拉角 四元数 高动态 全姿态

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四元数在弹射座椅性能仿真中的应用 被引量：10

4

作者 封文春 林贵平 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第8期881-884,共4页

针对弹射座椅性能仿真中欧拉角速率方程在大幅度姿态运动时存在奇异性,以及四元数法由于姿态角的有界性而出现跳跃、难以实现全姿态角的问题,提出了四元数与欧拉角相结合的方法.阐述了四元数的定义、几何意义及四元数表示的运动学方程.... 针对弹射座椅性能仿真中欧拉角速率方程在大幅度姿态运动时存在奇异性,以及四元数法由于姿态角的有界性而出现跳跃、难以实现全姿态角的问题,提出了四元数与欧拉角相结合的方法.阐述了四元数的定义、几何意义及四元数表示的运动学方程.通过四元数到欧拉角的转换,给出了仿真中四元数的积分初值计算公式;分析了弹射仿真中姿态角的跳跃和间断问题.以某型号座椅为例进行了仿真计算,通过对比仿真结果和试验数据,确认了仿真的有效性;与采用单一四元数法的仿真结果进行对比表明,该方法充分结合了四元数与欧拉角速率方程的优点,有效解决了欧拉角速率方程的奇异性和弹射仿真中全姿态角的实现. 展开更多

关键词 弹射座椅 弹射仿真 欧拉角 全姿态角 四元数

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基于四元数的导弹反步控制及全方位算法应用 被引量：5

5

作者 刘忠 梁晓庚 +1 位作者 贾晓洪 曹秉刚 《系统仿真学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第10期2734-2737,共4页

针对传统四元数适应范围小,分析误差困难问题,基于误差四元数的概念深入研究了姿态误差形式和姿态角和四元数全方位转换问题,提出了姿态角和四元数的全方位转换算法。该算法实现了姿态角和四元数的-1800到1800全空间转换,并且具有抗扰... 针对传统四元数适应范围小,分析误差困难问题,基于误差四元数的概念深入研究了姿态误差形式和姿态角和四元数全方位转换问题,提出了姿态角和四元数的全方位转换算法。该算法实现了姿态角和四元数的-1800到1800全空间转换,并且具有抗扰动的能力,同时将四元数与非线性反步(backstepping)方法结合,进行了导弹姿态控制。仿真表明了全角度算法的正确性,以及基于文中的四元数姿态误差方程可有效进行导弹全方位姿态控制。 展开更多

关键词 四元数 BACKSTEPPING方法 姿态控制 全方位运动 欧拉角

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星敏数据转换为参考系欧拉角姿态的方法 被引量：5

6

作者 淡鹏 王丹 郭延臣 《电讯技术》 北大核心 2016年第12期1340-1345,共6页

针对三轴稳定卫星星敏感器姿态测量数据转换参考系欧拉角姿态计算的相关问题,首先,系统地总结了转换计算的方法,给出了星敏数据计算姿态矩阵及姿态矩阵解算欧拉角的方法;然后,对工程上常用的312及321转序,从编程角度提出了一种全角度欧... 针对三轴稳定卫星星敏感器姿态测量数据转换参考系欧拉角姿态计算的相关问题,首先,系统地总结了转换计算的方法,给出了星敏数据计算姿态矩阵及姿态矩阵解算欧拉角的方法;然后,对工程上常用的312及321转序,从编程角度提出了一种全角度欧拉角解算及值选择方法;最后,分析了采用所提方法转换计算中的常见误差因素及注意事项,并基于分析结果给出了同步星的转序选取建议。研究结果表明所提方法是有效的,对卫星姿态确定和误差分析有一定的参考意义。 展开更多

关键词 三轴稳定卫星 卫星姿态控制 星敏感器 欧拉角解算

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基于惯性测量系统的人体运动捕捉技术 被引量：4

7

作者 纪俐 姬晓飞 《计算机工程与设计》 北大核心 2016年第4期1098-1101,共4页

通过对人体运动捕捉技术的研究,引入对偶四元数姿态变换方法,利用惯性姿态测量系统捕捉手臂关节的运动角速度、运动加速度、运动轨迹等信息。结合惯性传感器捕捉的人体肢体段的运动学参数,建立虚拟人体棒状骨架模型,实时驱动虚拟人手臂... 通过对人体运动捕捉技术的研究,引入对偶四元数姿态变换方法,利用惯性姿态测量系统捕捉手臂关节的运动角速度、运动加速度、运动轨迹等信息。结合惯性传感器捕捉的人体肢体段的运动学参数,建立虚拟人体棒状骨架模型,实时驱动虚拟人手臂运动。实验结果表明,对偶四元数变换的方法结合了四元数旋转和对偶数平移的特点,避免了在大角度下欧拉角产生的奇异现象;对比图像捕捉系统,惯性运动捕捉系统能够方便获得运动姿态数据,快速建立虚拟人体结构模型。 展开更多

关键词 运动捕捉 惯性姿态测量系统 对偶四元数 欧拉角 人体结构

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基于Lyapunov方法的空间飞行器大角度姿态机动控制 被引量：20

8

作者 徐世杰 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2001年第4期95-99,共5页

本文研究空间飞行器大角度姿态机动的控制问题。为了克服大角度机动时使用欧拉角可能产生的奇异问题 ,文中使用四元数形式的微分方程来描述飞行器的运动。飞行器的动力学方程具有不确定性和非线性。本文应用 L yapunov方法设计了大角度... 本文研究空间飞行器大角度姿态机动的控制问题。为了克服大角度机动时使用欧拉角可能产生的奇异问题 ,文中使用四元数形式的微分方程来描述飞行器的运动。飞行器的动力学方程具有不确定性和非线性。本文应用 L yapunov方法设计了大角度姿态机动控制器 ,这个控制器具有按指数规律变化的增益 ,它大大减小了对初始力矩的要求。最后 ,本文给出一个例子来说明所导出的控制器的优点。 展开更多

关键词 空间飞行器 姿态控制 大角度姿态机动 LYAPUNOV方法

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空间飞行器大角度姿态机动控制能量优化 被引量：1

9

作者 赵振平 王林林 +2 位作者 周荻 王锦程 王永海 《哈尔滨工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第12期8-14,共7页

空间飞行器姿态控制系统以开关式小推力器为执行机构,为实现该飞行器在执行Rest-to-Rest大角度姿态机动任务的过程中消耗燃料最小化,从姿态控制律设计和姿态机动指令设计两方面出发进行能量优化.首先,给出了空间飞行器6个脉冲式姿控发... 空间飞行器姿态控制系统以开关式小推力器为执行机构,为实现该飞行器在执行Rest-to-Rest大角度姿态机动任务的过程中消耗燃料最小化,从姿态控制律设计和姿态机动指令设计两方面出发进行能量优化.首先,给出了空间飞行器6个脉冲式姿控发动机布局,建立了用四元数描述的空间飞行器大角度姿态机动非线性控制系统的数学模型.在此数学模型的基础上,设计了一种空间飞行器三轴大角度姿态机动非线性PD控制律,并用Lyapunov方法证明了非线性姿态控制系统的稳定性.设计了三轴姿态控制中6个脉冲式姿控发动机的分配逻辑.为了配合开关式小推力器以脉冲宽度调制方式近似输出连续型控制量并减少燃料消耗,在非线性PD控制律中引入了3个开关门限,并应用粒子群与遗传算法优化选取这些开关门限.在Rest-To-Rest的大角度姿态机动指令设计中,提出了一种令欧拉角匀速变化的角速度和四元数指令规划方法,提高了姿态控制系统的瞬态响应品质,并相对于阶跃型指令明显减少燃料消耗.结果表明,数值仿真验证了非线性控制律的开关门限设计,以及Rest-To-Rest的大角度姿态机动指令设计在减少燃料消耗方面的有效性. 展开更多

关键词 空间飞行器 姿态机动 大角度 能量优化 粒子群 控制律 四元数

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坐式垂直起降无人机的一种姿态解算算法的设计 被引量：1

10

作者 刘东辉 奚乐乐 +2 位作者 牛孟然 孙晓云 石楠 《河北科技大学学报》 CAS 2016年第1期47-51,共5页

固定翼模式水平飞行的坐式垂直起降无人机克服了传统固定翼无人机起降条件要求高的缺点,继承了其总体效率高的优点,拥有巨大的发展潜力和非常广阔的应用前景。坐式垂直起降无人机在起降阶段姿态变化范围大,所使用的姿态传感器在俯仰方... 固定翼模式水平飞行的坐式垂直起降无人机克服了传统固定翼无人机起降条件要求高的缺点,继承了其总体效率高的优点,拥有巨大的发展潜力和非常广阔的应用前景。坐式垂直起降无人机在起降阶段姿态变化范围大,所使用的姿态传感器在俯仰方向的角度变化超过90°时,根据四元数转换出的欧拉角会出现奇异点,即万向节死锁。从解算算法出发,提出了一种更改旋转顺序的方法,避免奇异点出现。结果表明,此方法可以很好地应用在垂直起降无人机的姿态解算上。 展开更多

关键词 飞行器控制 坐式垂直起降无人机 姿态测量 四元数 欧拉角 万向节死锁

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基于扩展克雷洛夫角的全姿态导航解算方法 被引量：6

11

作者 魏宗康 高荣荣 《中国惯性技术学报》 EI CSCD 北大核心 2021年第5期594-603,共10页

传统的克雷洛夫角法经过三次坐标轴旋转后得到姿态矩阵,此方法的缺点是当中间角接近±90°时,会出现退化现象,且姿态解算精度与三次旋转顺序相关联。针对以上克雷洛夫角法的不足,提出一种基于四次旋转的扩展克雷洛夫角的全姿态... 传统的克雷洛夫角法经过三次坐标轴旋转后得到姿态矩阵,此方法的缺点是当中间角接近±90°时,会出现退化现象,且姿态解算精度与三次旋转顺序相关联。针对以上克雷洛夫角法的不足,提出一种基于四次旋转的扩展克雷洛夫角的全姿态导航解算方法。首先,由计算得到的四次旋转下的克雷洛夫角坐标变换矩阵和角速度方程判断四个角度存在的冗余性,并进行约束。其次,为了得到导航姿态的唯一响应,提出一种因果约束策略,对四个角度进行约束,最终得出仅以外环轴角为因变量的控制策略,进而完成全姿态导航解算。结合试验数据和综合仿真结果表明:当外环轴角在不同区域内采取不同的控制策略时,导航解算在全范围内不存在奇异值问题,且最终导航解算得到的四个姿态角误差小于7.2″,具备较高的精度。 展开更多

关键词 四元数 克雷洛夫角 扩展克雷洛夫角 双欧拉角 全姿态导航

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空间飞行器大角度机动控制律设计 被引量：4

12

作者 华莹 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第6期1223-1227,共5页

研究了空间飞行器大角度机动控制问题。为避免欧拉角描述姿态运动存在奇异性的问题,由姿态四元数建立姿态运动方程。针对飞行器姿态运动模型的非线性和不确定性,利用模糊逻辑系统对不确定性函数进行逼近,将获得的模糊函数作为系统不确... 研究了空间飞行器大角度机动控制问题。为避免欧拉角描述姿态运动存在奇异性的问题,由姿态四元数建立姿态运动方程。针对飞行器姿态运动模型的非线性和不确定性,利用模糊逻辑系统对不确定性函数进行逼近,将获得的模糊函数作为系统不确定性界函数。对模糊逼近所带来的误差以及外部干扰项,采用变结构补偿控制方法,并在线自适应调整参数。理论分析和仿真研究表明此方法具有姿态控制精度高,实时计算量小,便于工程实现等优点。 展开更多

关键词 大角度机动控制 变结构控制 模糊逻辑系统 姿态四元数

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基于RS-LSSVM的AUV耦合控制方法 被引量：1

13

作者 宋晓茹 宋保维 +1 位作者 雷志勇 梁庆卫 《西北工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第4期614-619,共6页

针对AUV不可避免的横滚运动引起的俯仰和偏航运动间的耦合效应,提出了基于RS-LSSVM的综合解耦控制方法。首先分析建立了AUV的俯仰-偏航模型,并构建了RS-LSSVM解耦控制模型,重点研究其解耦控制方法。以某型号的AUV为研究对象,着重对非零... 针对AUV不可避免的横滚运动引起的俯仰和偏航运动间的耦合效应,提出了基于RS-LSSVM的综合解耦控制方法。首先分析建立了AUV的俯仰-偏航模型,并构建了RS-LSSVM解耦控制模型,重点研究其解耦控制方法。以某型号的AUV为研究对象,着重对非零横滚角引起的俯仰与偏航间的耦合进行解耦控制仿真,其结果与标准PID解耦控制仿真结果对比表明,该方法有效地消除了俯仰和偏航运动的耦合,为AUV的解耦控制提供了一种新的方法。 展开更多

关键词 AUV 解耦控制 LSSVM RS

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欧拉—庞卡莱方程在“和平号”太空站姿态恢复分析中的应用

14

作者 刘云平 吴洪涛 方喜峰 《中国空间科学技术》 EI CSCD 北大核心 2008年第4期25-31,共7页

1997年因"进步号"飞船与空间站对接时发生意外碰撞而使得姿态失去控制,从而导致太阳翼无法朝向太阳而获得能量。使用欧拉方法和四元数方法建立运动学方程,通过欧拉—庞卡莱方程建立动力学方程来分析其姿态恢复的运动过程,研... 1997年因"进步号"飞船与空间站对接时发生意外碰撞而使得姿态失去控制,从而导致太阳翼无法朝向太阳而获得能量。使用欧拉方法和四元数方法建立运动学方程,通过欧拉—庞卡莱方程建立动力学方程来分析其姿态恢复的运动过程,研究得出太阳翼能够重新得到光照的可行性方案。 展开更多

关键词 四元数 欧拉-庞卡莱方程 太阳翼姿态控制 空间站

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通过非线性解耦实现绕欧拉特征轴旋转的姿态控制系统 被引量：6

15

作者 陈有余 《宇航学报》 EI CSCD 北大核心 1995年第3期81-87,共7页

利用四元数反馈，就不需要测量三个欧拉角，从而避免结构上和原理上所带来的麻烦，而且可以实现绕欧拉特征轴的大角度机动。绕欧拉特征轴旋转的角行程是最短的。但是，要实现这种机动，姿态控制系统必须是解耦的。

关键词 非线性解耦 欧拉特征轴 姿态控制系统 航天器

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捷联式惯导系统在车辆监控中的实现与应用 被引量：3

16

作者 郭健傧 丁志刚 《计算机应用与软件》 CSCD 北大核心 2012年第12期81-83,共3页

在道路交通飞速发展的今天,道路安全问题日益成为社会关注的焦点。特别是危化品货物的道路运输安全问题,已成为交通运输管理部门面临的重大难题。依据捷联式惯导系统和四元数法,提出车辆实时监控模型,并应用在危化品运输智能监控平台中... 在道路交通飞速发展的今天,道路安全问题日益成为社会关注的焦点。特别是危化品货物的道路运输安全问题,已成为交通运输管理部门面临的重大难题。依据捷联式惯导系统和四元数法,提出车辆实时监控模型,并应用在危化品运输智能监控平台中。实验结果表明该模型是有效可行的。 展开更多

关键词 捷联式惯导系统 姿态矩阵 姿态角 四元数 欧拉角

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大姿态角入水时的鱼雷半实物仿真方法研究 被引量：1

17

作者 郝喆 张秦南 +1 位作者 王立文 王中 《舰船科学技术》 北大核心 2014年第3期139-142,共4页

通常在采用立式三轴转台进行鱼雷入水时的控制系统仿真时;当鱼雷俯仰角大于-70°时,控制系统半实物仿真中会出现发散,当鱼雷俯仰角为±90°时,立式三轴转台的内环轴与外环轴重合,无法提供3个自由度的运动,致使鱼雷姿态仿真... 通常在采用立式三轴转台进行鱼雷入水时的控制系统仿真时;当鱼雷俯仰角大于-70°时,控制系统半实物仿真中会出现发散,当鱼雷俯仰角为±90°时,立式三轴转台的内环轴与外环轴重合,无法提供3个自由度的运动,致使鱼雷姿态仿真无法进行,导致仿真试验失败。本文分析传统欧拉角法缺陷,合理定义欧拉角以及设置转台的角速率限幅值和角加速度限幅值,可以实现大姿态控制系统的半实物仿真,并结合某产品进行仿真试验和分析,对大姿态角入水下的半实物仿真具有参考价值。 展开更多

关键词 鱼雷控制系统 大姿态角 立式三轴转台 欧拉角 半实物仿真

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