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

1、目前，在飛行器運動半實物仿真系統(tǒng)中，普遍采用三軸轉(zhuǎn)臺模擬飛行器在空間中的姿態(tài)運動。但是，三軸轉(zhuǎn)臺由于機械結(jié)構(gòu)的局限，會出現(xiàn)運動學(xué)奇異性問題。這限制了三軸轉(zhuǎn)臺的仿真試驗?zāi)芰Γ沟媚承╋w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，針對三軸轉(zhuǎn)臺的奇異問題，提出四軸飛行運動模擬器（簡稱四軸轉(zhuǎn)臺）應(yīng)用方案，利用冗余自由度機構(gòu)的特點，合理地規(guī)避運動學(xué)奇異并準(zhǔn)確模擬導(dǎo)彈姿態(tài)。以四軸轉(zhuǎn)臺為研究對象，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)動的運動方程，分析歐拉微分方程固有的運動學(xué)奇異性。研究臥、立式三軸轉(zhuǎn)臺模擬導(dǎo)彈姿態(tài)運動的基本原理方法，并分析三軸轉(zhuǎn)臺奇異性問題和原因，探討三軸轉(zhuǎn)臺模擬垂直發(fā)射巡航導(dǎo)彈全彈道姿態(tài)運動的局限性。
　　其次，針對三軸轉(zhuǎn)臺無法避免運動學(xué)奇異的問題，提出四軸轉(zhuǎn)臺應(yīng)用方案，建立框架坐標(biāo)系和負載坐標(biāo)系，推導(dǎo)出四個框架繞中心旋轉(zhuǎn)的速度微分方程，分析四軸轉(zhuǎn)臺模擬導(dǎo)

3、彈全彈道姿態(tài)運動的基本原理。通過理論分析驗證，四軸轉(zhuǎn)臺完全可以模擬導(dǎo)彈全彈道、大角度機動姿態(tài)運動并避免奇異性。
　　再次，提出了基于約束優(yōu)化理論的四軸轉(zhuǎn)臺框架角解算方法，已知三個姿態(tài)角和姿態(tài)角速度，求解出對應(yīng)的四個框架角，驅(qū)動四個框架轉(zhuǎn)動，帶動負載運動，復(fù)現(xiàn)要模擬的姿態(tài)運動。通過MATLAB仿真驗證本方法的可行性和正確性。
　　最后，通過C語言設(shè)計并實現(xiàn)算法，把算法程序嵌入到四軸轉(zhuǎn)臺四框架指令生成程序中，通過實驗驗證本文方法