一種姿態(tài)機(jī)動(dòng)的軌跡規(guī)劃方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種姿態(tài)機(jī)動(dòng)的軌跡規(guī)劃方法，該方法的步驟包括：(1)確定特征主軸和歐拉角；(2)對(duì)歐拉角進(jìn)行軌跡規(guī)劃得到特征主軸方向上的規(guī)劃角速度函數(shù)和規(guī)劃角度函數(shù)；(3)計(jì)算姿態(tài)機(jī)動(dòng)過程中的規(guī)劃四元數(shù)函數(shù)和規(guī)劃目標(biāo)角速度函數(shù)；(4)輸出規(guī)劃四元數(shù)函數(shù)和規(guī)劃目標(biāo)角速度函數(shù)到外部控制系統(tǒng)；該方法可以適用于單軸、雙軸或三軸機(jī)動(dòng)情況，可以得到最短路徑的機(jī)動(dòng)軌跡，實(shí)現(xiàn)多軸同時(shí)機(jī)動(dòng)到位并穩(wěn)定，滿足快速機(jī)動(dòng)的需求。
【專利說明】一種姿態(tài)機(jī)動(dòng)的軌跡規(guī)劃方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及姿態(tài)機(jī)動(dòng)領(lǐng)域，特別是涉及一種姿態(tài)機(jī)動(dòng)的軌跡規(guī)劃方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 國(guó)內(nèi)衛(wèi)星單軸姿態(tài)機(jī)動(dòng)技術(shù)已經(jīng)比較成熟，有發(fā)明給出單軸姿態(tài)機(jī)動(dòng)的 bang-bang軌跡規(guī)劃方法、正弦軌跡規(guī)劃方法。但對(duì)于多軸姿態(tài)機(jī)動(dòng)沒有相關(guān)的軌跡規(guī)劃方 法。
[0003] 若仍采用單軸姿態(tài)機(jī)動(dòng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)多軸姿態(tài)機(jī)動(dòng)的話，一方面姿態(tài)機(jī)動(dòng)軌跡不是最 短路徑，另一方面，由于各軸機(jī)動(dòng)角度不同，則導(dǎo)致各軸軌跡規(guī)劃到位時(shí)間不統(tǒng)一，這兩點(diǎn) 都將直接影響姿態(tài)機(jī)動(dòng)時(shí)間，降低姿態(tài)機(jī)動(dòng)的快速性。
[0004] 同時(shí)，傳統(tǒng)的單軸機(jī)動(dòng)采用毆拉角進(jìn)行姿態(tài)描述，對(duì)于多軸大角度姿態(tài)機(jī)動(dòng)，存在 姿態(tài)角表述時(shí)轉(zhuǎn)序選擇困難的問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種姿態(tài)機(jī)動(dòng)的軌跡規(guī)劃方法，該 方法根據(jù)初始姿態(tài)四元數(shù)和目標(biāo)姿態(tài)四元數(shù)確定誤差四元數(shù)，以誤差四元數(shù)的指向作為轉(zhuǎn) 動(dòng)軸方向，即選擇繞特征主軸機(jī)動(dòng)，并以誤差四元數(shù)確定的歐拉角作為機(jī)動(dòng)的角度，完成軌 跡規(guī)劃，可以適用于單軸、雙軸或三軸姿態(tài)機(jī)動(dòng)情況，得到最短路徑的機(jī)動(dòng)軌跡，并實(shí)現(xiàn)多 軸同時(shí)機(jī)動(dòng)到位并穩(wěn)定，可以避免現(xiàn)有技術(shù)采用單軸機(jī)動(dòng)方式分別完成多軸機(jī)動(dòng)時(shí)的姿態(tài) 角轉(zhuǎn)序選擇的問題，滿足快速機(jī)動(dòng)的需求。
[0006] 本發(fā)明的上述目的是通過如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)的：
[0007] -種姿態(tài)機(jī)動(dòng)的軌跡規(guī)劃方法包括下列步驟：
[0008] (1)、根據(jù)機(jī)動(dòng)起點(diǎn)的姿態(tài)四元數(shù)qB和機(jī)動(dòng)目標(biāo)點(diǎn)的姿態(tài)四元數(shù)qT，確定誤差四元 數(shù)q BT、歐拉角Φ和特征主軸S，具體計(jì)算方法如下：
[0009]

【權(quán)利要求】
1. 一種姿態(tài)機(jī)動(dòng)的軌跡規(guī)劃方法，其特征在于包括下列步驟： (1) 、根據(jù)機(jī)動(dòng)起點(diǎn)的姿態(tài)四元數(shù)qB和機(jī)動(dòng)目標(biāo)點(diǎn)的姿態(tài)四元數(shù)％，確定誤差四元數(shù) qBT、歐拉角〇和特征主軸自，具體計(jì)算方法如下：
其中，?代表四元數(shù)乘積計(jì)算，機(jī)動(dòng)起點(diǎn)的姿態(tài)四元數(shù)qB的矢量部分和標(biāo)量部分分別 為VB和NB,則q#的矢量部分VB' = -VB, q?的標(biāo)量部分NB' = NB ;acos ()代表反余弦函 數(shù)，NBT為誤差四元數(shù)qBT的標(biāo)量部分；VBT為誤差四元數(shù)q BT的矢量部分； (2) 、對(duì)沿特征主軸6的歐拉角〇進(jìn)行軌跡規(guī)劃，得到特征主軸I方向上的規(guī)劃角速度 函數(shù)<(0和規(guī)劃角度函數(shù)〇 Jt)，其中t為時(shí)間變量； (3) 、根據(jù)步驟（2)得到的規(guī)劃角速度函數(shù)+,.(〇和規(guī)劃角度函數(shù)Ojt)，并利用機(jī)動(dòng)特 征主軸S和機(jī)動(dòng)起點(diǎn)四元數(shù)qB，得到姿態(tài)機(jī)動(dòng)過程中的規(guī)劃四元數(shù)函數(shù)(t)和規(guī)劃目標(biāo)角 速度函數(shù)《Jt)，具體計(jì)算過程如下： (3a)、根據(jù)機(jī)動(dòng)特征主軸S:和規(guī)劃角度函數(shù)得到第一規(guī)劃四元數(shù)函數(shù)qm(t)，其 中，第一規(guī)劃四元數(shù)函數(shù)9">(0矢量部分和標(biāo)量部分分別為Vm(t)和Nm(t):
(3b)、根據(jù)步驟（3a)計(jì)算得到的第一規(guī)劃四元數(shù)函數(shù)qm(t)和機(jī)動(dòng)起點(diǎn)四元數(shù)qB計(jì)算 得到姿態(tài)機(jī)動(dòng)過程中的規(guī)劃四元數(shù)函數(shù)t(t):
(3c)、根據(jù)機(jī)動(dòng)特征主軸g和規(guī)劃角速度函數(shù)電?(〇計(jì)算得到姿態(tài)機(jī)動(dòng)過程中的規(guī)劃 目標(biāo)角速度函數(shù)《 Jt):
(4) 、輸出步驟（3)得到的姿態(tài)機(jī)動(dòng)過程中的規(guī)劃四元數(shù)函數(shù)qjt)和規(guī)劃目標(biāo)角速度 函數(shù)到外部姿態(tài)控制系統(tǒng)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種姿態(tài)機(jī)動(dòng)的軌跡規(guī)劃方法，其特征在于，姿態(tài)機(jī)動(dòng)為單 軸、雙軸或三軸姿態(tài)機(jī)動(dòng)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的一種姿態(tài)機(jī)動(dòng)的軌跡規(guī)劃方法，其特征在于，在 步驟（2)中采用bang-bang軌跡規(guī)劃方法進(jìn)行對(duì)沿特征主軸6的歐拉角〇進(jìn)行軌跡規(guī)劃。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的一種姿態(tài)機(jī)動(dòng)的軌跡規(guī)劃方法，其特征在于，在 步驟（2)中采用正弦軌跡規(guī)劃方法進(jìn)行對(duì)沿特征主軸eK的歐拉角〇進(jìn)行軌跡規(guī)劃。
【文檔編號(hào)】G05D1/08GK104281150SQ201410515853
【公開日】2015年1月14日 申請(qǐng)日期:2014年9月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月29日
【發(fā)明者】王淑一, 魏春嶺, 雷擁軍, 宗紅, 董筠, 李明群, 童雷 申請(qǐng)人:北京控制工程研究所