一种姿态机动的轨迹规划方法
【专利摘要】本发明涉及一种姿态机动的轨迹规划方法，该方法的步骤包括：(1)确定特征主轴和欧拉角；(2)对欧拉角进行轨迹规划得到特征主轴方向上的规划角速度函数和规划角度函数；(3)计算姿态机动过程中的规划四元数函数和规划目标角速度函数；(4)输出规划四元数函数和规划目标角速度函数到外部控制系统；该方法可以适用于单轴、双轴或三轴机动情况，可以得到最短路径的机动轨迹，实现多轴同时机动到位并稳定，满足快速机动的需求。
【专利说明】一种姿态机动的轨迹规划方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及姿态机动领域，特别是涉及一种姿态机动的轨迹规划方法。
【背景技术】
[0002] 国内卫星单轴姿态机动技术已经比较成熟，有发明给出单轴姿态机动的 bang-bang轨迹规划方法、正弦轨迹规划方法。但对于多轴姿态机动没有相关的轨迹规划方 法。
[0003] 若仍采用单轴姿态机动技术实现多轴姿态机动的话，一方面姿态机动轨迹不是最 短路径，另一方面，由于各轴机动角度不同，则导致各轴轨迹规划到位时间不统一，这两点 都将直接影响姿态机动时间，降低姿态机动的快速性。
[0004] 同时，传统的单轴机动采用殴拉角进行姿态描述，对于多轴大角度姿态机动，存在 姿态角表述时转序选择困难的问题。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种姿态机动的轨迹规划方法，该 方法根据初始姿态四元数和目标姿态四元数确定误差四元数，以误差四元数的指向作为转 动轴方向，即选择绕特征主轴机动，并以误差四元数确定的欧拉角作为机动的角度，完成轨 迹规划，可以适用于单轴、双轴或三轴姿态机动情况，得到最短路径的机动轨迹，并实现多 轴同时机动到位并稳定，可以避免现有技术采用单轴机动方式分别完成多轴机动时的姿态 角转序选择的问题，满足快速机动的需求。
[0006] 本发明的上述目的是通过如下技术方案予以实现的：
[0007] -种姿态机动的轨迹规划方法包括下列步骤：
[0008] (1)、根据机动起点的姿态四元数qB和机动目标点的姿态四元数qT，确定误差四元 数q BT、欧拉角Φ和特征主轴S，具体计算方法如下：
[0009]
【权利要求】
1. 一种姿态机动的轨迹规划方法，其特征在于包括下列步骤： (1) 、根据机动起点的姿态四元数qB和机动目标点的姿态四元数％，确定误差四元数 qBT、欧拉角〇和特征主轴自，具体计算方法如下：
其中，?代表四元数乘积计算，机动起点的姿态四元数qB的矢量部分和标量部分分别 为VB和NB,则q#的矢量部分VB' = -VB, q?的标量部分NB' = NB ;acos ()代表反余弦函 数，NBT为误差四元数qBT的标量部分；VBT为误差四元数q BT的矢量部分； (2) 、对沿特征主轴6的欧拉角〇进行轨迹规划，得到特征主轴I方向上的规划角速度 函数<(0和规划角度函数〇 Jt)，其中t为时间变量； (3) 、根据步骤（2)得到的规划角速度函数+,.(〇和规划角度函数Ojt)，并利用机动特 征主轴S和机动起点四元数qB，得到姿态机动过程中的规划四元数函数(t)和规划目标角 速度函数《Jt)，具体计算过程如下： (3a)、根据机动特征主轴S:和规划角度函数得到第一规划四元数函数qm(t)，其 中，第一规划四元数函数9">(0矢量部分和标量部分分别为Vm(t)和Nm(t):
(3b)、根据步骤（3a)计算得到的第一规划四元数函数qm(t)和机动起点四元数qB计算 得到姿态机动过程中的规划四元数函数t(t):
(3c)、根据机动特征主轴g和规划角速度函数电?(〇计算得到姿态机动过程中的规划 目标角速度函数《 Jt):
(4) 、输出步骤（3)得到的姿态机动过程中的规划四元数函数qjt)和规划目标角速度 函数到外部姿态控制系统。
2. 根据权利要求1所述的一种姿态机动的轨迹规划方法，其特征在于，姿态机动为单 轴、双轴或三轴姿态机动。
3. 根据权利要求1至4中任一项所述的一种姿态机动的轨迹规划方法，其特征在于，在 步骤（2)中采用bang-bang轨迹规划方法进行对沿特征主轴6的欧拉角〇进行轨迹规划。
4. 根据权利要求1至4中任一项所述的一种姿态机动的轨迹规划方法，其特征在于，在 步骤（2)中采用正弦轨迹规划方法进行对沿特征主轴eK的欧拉角〇进行轨迹规划。
【文档编号】G05D1/08GK104281150SQ201410515853
【公开日】2015年1月14日 申请日期:2014年9月29日 优先权日:2014年9月29日
【发明者】王淑一, 魏春岭, 雷拥军, 宗红, 董筠, 李明群, 童雷 申请人:北京控制工程研究所