四元数在火控中的应用

介绍了四元数的定义、代数运算、三角形式和指数形式以及球面表示形式;综述了四元数在刚体姿态控制,计算机三维图像旋转,彩色图像处理和信号处理分析等实际应用中表示的物理含义,着重探讨了四元数理论在火控领域中应用方法,并对比传统欧拉角火控模型,分析了应用四元数火控模型的优点。最后从理论上得出,四元数理论方法在常规兵器火控系统有广阔的应用前景。     

基于LADRC的四旋翼姿态解耦控制方法

针对基于自抗扰控制技术(ADRC)构建的小型四旋翼飞行器非线性姿态控制器,存在设计复杂、整定参数多、工程实现困难的问题,提出了一种基于线性自抗扰控制器(LADRC)的四旋翼飞行器姿态解耦控制方法。建立了四旋翼飞行器姿态的非线性耦合数学模型,引入LADRC,阐述了其对多变量系统的解耦抗扰控制原理及参数整定方法,并对四旋翼飞行器的姿态耦合数学模型进行了解耦;采用二阶LADRC建立了飞行器姿态控制回路,根据飞行器姿态控制中过渡时间的要求对控制器参数进行了整定;最后进行了仿真分析,结果表明,该姿态控制算法不依赖于精确的数学模型,具有较强的鲁棒性和抗干扰性,且仅需对一个参数进行整定,降低了工程应用难度,具有较强的实际应用价值。     

Rodrigues参数与四元数间的关系分析

介绍了Rodrigues参数,从投影的角度,详细阐述了四元数与经典Rodrigues参数及改进型Rodrigues参数的关系,推导了Rodrigues参数微分方程以及与姿态阵的关系,建立了等效旋转时避免奇异值出现的方法.以典型圆锥运动为背景,对以Rodrigues参数描述的导弹捷联姿态算法和以四元数描述的姿态算法在计算量和计算精度上做了详细的比较.     

四旋翼两种姿态控制方法及性能比较

针对四旋翼无人机姿态控制品质要求较高这一问题,运用自抗扰控制(ADRC)和线性自抗扰控制(LADRC)理论,分别探讨了基于ADRC和LADRC的四旋翼姿态控制方法,对两种控制方法的控制性能从理论上进行了比较,指出两种设计方法的优缺点。仿真结果表明:基于两种方法设计的四旋翼姿态控制器均具有较短的调节时间、较强的鲁棒性和抗干扰性;线性自抗扰控制器待整定参数较少,更便于实际应用,自抗扰控制器对初始状态误差不敏感,响应速度更快。     

磁力仪三轴非正交的转动补偿方法

为解决磁力仪三轴非正交的问题,建立了三轴磁力仪误差补偿模型,提出了基于旋转数据正弦曲线拟合的方法,对三轴磁力仪的非正交性进行标定。利用正弦曲线的初始相位角求解标定参数,实现了对三轴磁力仪的非正交标定及输出补偿。结果表明:该方法对磁力仪非正交参数的求解精度高,标定后的磁力仪的磁测准确性改善明显;该方法不需要利用高精度光泵磁强计测量磁场的强度,为三轴磁力仪的非正交参数标定提供了一个新的有效的途径。     

用四元数进行卫星姿态控制的最佳控制轴法

本文研究姿态控制的控制规律问题。“阿婆罗”登月舱所采用的姿态控制规律的一组开关曲线,在大姿态误差角情况下,由于角速度交连的影响,延长了进入误差极限环的时间。为了克服交连影响,本文提出利用四元数法选择最接近于瞬时旋转轴的控制轴来进行控制,导出了控制公式和开关曲线,并对在有干扰力矩作用下,控制规律的稳定性进行了研究。计算证明此种控制方法不仅加快了误差角的衰减时间,而且简化了计算公式(与“阿婆罗”开关曲线相比较)。     

基座高频运动时捷联姿态算法的扩展

1.引言 用于惯性导航的捷联系统其特点是它的敏感元件感受高的动态范围。因此,在选择系统姿态算法时需要考虑基座高频运动的影响。 通常捷联系统用的姿态算法有欧拉法、方向余弦法和四元数法、在这些算法中,四元数方法是最常用的,其优点是没有奇异性、简单和节省计算时间。最近,伯斯、泽旦和米勒提出了旋转矢量的概念,进一步改进了四元数方法的性能。事实证明,附加了旋转矢量概念的四元数方法能有效的抑制非交换误差这一姿态计算中的重要误差源。     

四元数法在计算机图形学中的应用

详细介绍了四元数法的定义、性质以及在计算机图形学中的应用 ,获得了对给定轴旋转的有效四元数表示 ,比较了四元数法与传统方法在三维物体旋转中的优劣     

基于DDPG的四旋翼无人机姿态控制

针对未知环境下四旋翼无人机姿态控制实现难、鲁棒性差等问题,提出了基于深度确定性策略(DDPG)算法的智能姿态控制方法。首先,基于欧拉-庞卡莱方程,利用计算机符号推导,建立四旋翼的动力学模型;其次,基于DDPG算法设计四旋翼的姿态控制器,并在奖励函数设计中引入姿态误差、姿态角速度误差和控制量惩罚项;最后,通过设置不同初始状态值、改变四旋翼结构参数和引入噪声等仿真试验,分析验证控制器的性能。仿真结果表明,该控制器能够引导四旋翼快速响应到期望姿态并保持稳定,同时展现出较好的泛化能力。     

基于倾斜开关曲线的小推力器姿态控制方法分析与准极限环控制方法

研究了利用小推力器进行航天器姿态控制问题。从理论上推导了在给定姿态控制精度、小推力器参数以及倾斜开关曲线参数的前提下,能够形成理想极限环控制效果的充分必要条件。对相关文献中倾斜开关曲线设计方法不能形成理想极限环的情况进行了理论分析,提出了一种新的基于倾斜开关曲线的准极限环控制方法,并推导了其控制精度。研究对于航天器应用小推力器实现高精度姿态控制具有较大的工程应用价值。