基于約束最優(yōu)化理論的四軸轉(zhuǎn)臺(tái)框架角解算方法研究.pdf

1、目前，在飛行器運(yùn)動(dòng)半實(shí)物仿真系統(tǒng)中，普遍采用三軸轉(zhuǎn)臺(tái)模擬飛行器在空間中的姿態(tài)運(yùn)動(dòng)。但是，三軸轉(zhuǎn)臺(tái)由于機(jī)械結(jié)構(gòu)的局限，會(huì)出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)學(xué)奇異性問題。這限制了三軸轉(zhuǎn)臺(tái)的仿真試驗(yàn)?zāi)芰?，使得某些飛行狀態(tài)無法模擬。本課題以垂直發(fā)射型巡航導(dǎo)彈為背景，針對(duì)三軸轉(zhuǎn)臺(tái)的奇異問題，提出四軸飛行運(yùn)動(dòng)模擬器（簡稱四軸轉(zhuǎn)臺(tái)）應(yīng)用方案，利用冗余自由度機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)，合理地規(guī)避運(yùn)動(dòng)學(xué)奇異并準(zhǔn)確模擬導(dǎo)彈姿態(tài)。以四軸轉(zhuǎn)臺(tái)為研究對(duì)象，本論文主要包括以下研究內(nèi)容：
　　首先，引

2、入幾種常用坐標(biāo)系及連續(xù)旋轉(zhuǎn)的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換方法，定義導(dǎo)彈姿態(tài)角和姿態(tài)矩陣，推導(dǎo)出導(dǎo)彈繞質(zhì)心轉(zhuǎn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)方程，分析歐拉微分方程固有的運(yùn)動(dòng)學(xué)奇異性。研究臥、立式三軸轉(zhuǎn)臺(tái)模擬導(dǎo)彈姿態(tài)運(yùn)動(dòng)的基本原理方法，并分析三軸轉(zhuǎn)臺(tái)奇異性問題和原因，探討三軸轉(zhuǎn)臺(tái)模擬垂直發(fā)射巡航導(dǎo)彈全彈道姿態(tài)運(yùn)動(dòng)的局限性。
　　其次，針對(duì)三軸轉(zhuǎn)臺(tái)無法避免運(yùn)動(dòng)學(xué)奇異的問題，提出四軸轉(zhuǎn)臺(tái)應(yīng)用方案，建立框架坐標(biāo)系和負(fù)載坐標(biāo)系，推導(dǎo)出四個(gè)框架繞中心旋轉(zhuǎn)的速度微分方程，分析四軸轉(zhuǎn)臺(tái)模擬導(dǎo)

3、彈全彈道姿態(tài)運(yùn)動(dòng)的基本原理。通過理論分析驗(yàn)證，四軸轉(zhuǎn)臺(tái)完全可以模擬導(dǎo)彈全彈道、大角度機(jī)動(dòng)姿態(tài)運(yùn)動(dòng)并避免奇異性。
　　再次，提出了基于約束優(yōu)化理論的四軸轉(zhuǎn)臺(tái)框架角解算方法，已知三個(gè)姿態(tài)角和姿態(tài)角速度，求解出對(duì)應(yīng)的四個(gè)框架角，驅(qū)動(dòng)四個(gè)框架轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)負(fù)載運(yùn)動(dòng)，復(fù)現(xiàn)要模擬的姿態(tài)運(yùn)動(dòng)。通過MATLAB仿真驗(yàn)證本方法的可行性和正確性。
　　最后，通過C語言設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)算法，把算法程序嵌入到四軸轉(zhuǎn)臺(tái)四框架指令生成程序中，通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證本文方法