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SE(3)描述的多刚体系统约束违约问题研究
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作者 袁歆懿 陈菊 田强 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第8期2351-2363,共13页
多刚体系统动力学的指标-1微分代数方程组仅包含加速度级别约束方程,未考虑位移和速度约束方程.数值积分过程中位移和速度约束违约逐渐增加,导致计算结果精度下降,需引入约束稳定方法减小约束违约.首先根据Hamilton变分原理,建立了SE(3... 多刚体系统动力学的指标-1微分代数方程组仅包含加速度级别约束方程,未考虑位移和速度约束方程.数值积分过程中位移和速度约束违约逐渐增加,导致计算结果精度下降,需引入约束稳定方法减小约束违约.首先根据Hamilton变分原理,建立了SE(3)描述的多刚体系统动力学模型.其次给出4种约束稳定方法在SE(3)上形式:Baumgarte方法、罚函数方法、增广拉格朗日方法和约束违约增强稳定方法.相较于传统多刚体系统动力学建模,基于SE(3)的动力学建模可描述转动对平动的耦合效应,能更精确地模拟系统的动力学行为,可提升约束稳定方法的性能.在SE(3)框架下,将4种约束稳定方法与RKMK(Runge-Kutta Munthe-Kass)数值方法结合,对含位移约束和速度约束的动力学方程进行求解.最后通过两个动力学算例:含球铰的空间双球摆算例以及含圆柱铰的曲柄滑块机构算例,分别给出了4种约束稳定方法在SE(3)上对动力学系统的位移和速度约束违约的修正对比结果,并分析了系统能量的变化图.结果表明:SE(3)框架下,4种约束稳定方法结合RKMK算法均表现出良好的保结构和保能量性质,其中SE(3)上增广拉格朗日方法所得位移和速度约束违约较小,总能量保持情况更好;SE(3)上Baumgarte方法能更好地平衡系统计算效率和精度. 展开更多
关键词 多刚体动力学 李群se(3) RKMK方法 约束违约
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基于SE(3)的航天器姿轨一体化有限时间容错控制 被引量:2
2
作者 梅亚飞 廖瑛 +1 位作者 龚轲杰 郑兴宇 《系统仿真学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第2期277-285,共9页
针对相对运动航天器,当执行机构出现故障以及外部干扰和系统不确定性同时存在的情形下,利用滑模控制的鲁棒性,提出了一种有限时间容错控制方法。基于李群SE(3)建立了单刚体航天器姿轨一体化模型,并在指数坐标下推导了相对运动航天器误... 针对相对运动航天器,当执行机构出现故障以及外部干扰和系统不确定性同时存在的情形下,利用滑模控制的鲁棒性,提出了一种有限时间容错控制方法。基于李群SE(3)建立了单刚体航天器姿轨一体化模型,并在指数坐标下推导了相对运动航天器误差动力学方程。设计了一类非奇异快速终端滑模面,并采用等价自适应方法设计控制器估计和补偿外总扰动,提出的容错控制算法可以不依赖于故障诊断与检测环节。运用Lyapunov方法证明了系统在故障和扰动等多约束条件下的稳定性和有限时间快速收敛性,数值仿真结果分析也验证了该容错控制器的快速性、准确性与可靠性。 展开更多
关键词 李群se(3) 姿轨一体化 有限时间 滑模控制 容错控制
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SO(3) classifier of Lie group machine learning 被引量:4
3
作者 LI Fan-zhang XU Huan 《通讯和计算机(中英文版)》 2007年第3期76-80,共5页
关键词 李群 机器学习 SO(3)分类器 人工智能
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Abundant invariant solutions of extended(3+1)-dimensional KP-Boussinesq equation
4
作者 Hengchun Hu Jiali Kang 《Chinese Physics B》 SCIE EI CAS CSCD 2024年第11期167-174,共8页
Lie group analysis method is applied to the extended(3+1)-dimensional Kadomtsev–Petviashvili–Boussinesq equation and the corresponding similarity reduction equations are obtained with various infinitesimal generator... Lie group analysis method is applied to the extended(3+1)-dimensional Kadomtsev–Petviashvili–Boussinesq equation and the corresponding similarity reduction equations are obtained with various infinitesimal generators.By selecting suitable arbitrary functions in the similarity reduction solutions,we obtain abundant invariant solutions,including the trigonometric solution,the kink-lump interaction solution,the interaction solution between lump wave and triangular periodic wave,the two-kink solution,the lump solution,the interaction between a lump and two-kink and the periodic lump solution in different planes.These exact solutions are also given graphically to show the detailed structures of this high dimensional integrable system. 展开更多
关键词 extended(3+1)-dimensional KP-Boussinesq equation lie group method similarity reduction invariant solution
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SE(3)上姿轨耦合航天器高精度快速终端滑模控制 被引量:11
5
作者 张剑桥 叶东 孙兆伟 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第2期176-184,共9页
针对编队飞行航天器姿轨耦合一体化控制问题,本文提出了一种高精度快速收敛的滑模控制方法。首先,建立了以Lie群SE(3)上指数坐标表示航天器位置和姿态跟踪误差的相对耦合动力学模型。然后以该指数坐标和速度跟踪误差定义的滑模面,设计... 针对编队飞行航天器姿轨耦合一体化控制问题,本文提出了一种高精度快速收敛的滑模控制方法。首先,建立了以Lie群SE(3)上指数坐标表示航天器位置和姿态跟踪误差的相对耦合动力学模型。然后以该指数坐标和速度跟踪误差定义的滑模面,设计了一种新型的基于切比雪夫神经网络(CNN)的非奇异快速终端滑模控制器(NFTSMC),实现了跟踪航天器对目标航天器的有限时间跟踪控制,并基于Lyapunov方法证明了系统的稳定性。该控制器无需显式的相对参考状态,不仅能保证滑模到达阶段和滑动阶段的有限时间稳定性,还由于引入仅需期望信号具有强逼近能力的CNN在线自适应估计系统总扰动而获得了较高的控制精度。最后,对主从模式的编队飞行航天器进行了仿真分析,结果表明该方法是有效可行的。 展开更多
关键词 耦合动力学模型 liese(3) 非奇异快速终端滑模 切比雪夫神经网络 高精度
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基于SE(3)群局部标架的5/6 Dofs CB壳单元
6
作者 张腾 刘铖 +1 位作者 张志娟 刘绍奎 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第3期746-761,共16页
基于李群局部标架(local frame of Lie group,LFLG)的多柔体系统动力学建模方法可自然消除刚体运动带来的几何非线性,使系统的广义弹性力、广义惯性力及其雅可比矩阵满足刚体运动的不变性.本文融合李群局部标架思想和基于连续体(continu... 基于李群局部标架(local frame of Lie group,LFLG)的多柔体系统动力学建模方法可自然消除刚体运动带来的几何非线性,使系统的广义弹性力、广义惯性力及其雅可比矩阵满足刚体运动的不变性.本文融合李群局部标架思想和基于连续体(continuum-based,CB)的壳理论,提出基于SE(3)群局部标架的5自由度(degrees of freedom,Dofs)CB壳单元.与SE(3)群局部标架下几何精确壳单元相比,该单元大大简化了插值带来的复杂性,离散应变张量自然满足客观性.同时,该单元在线性化过程中不存在有限元离散与变分操作先后顺序的问题,进一步简化了广义弹性力及其雅可比矩阵的计算.为方便处理组合体结构,在5 Dofs CB壳单元基础上,通过中面变形梯度张量的极分解建立壳单元中面运动与自转(drilling)自由度之间的关系,提出基于SE(3)群局部标架的6 Dofs CB壳单元.为提高单元收敛精度,采用Hellinger-Reissner两场变分原理缓解单元面内闭锁,采用假设自然应变(assumed natural strain,ANS)法缓解横向剪切闭锁.通过5个静力学算例验证了CB壳单元的收敛精度,通过一个动力学算例验证了CB壳单元可消除刚体运动带来的几何非线性. 展开更多
关键词 李群局部标架 se(3)群 几何非线性 CB壳理论 闭锁缓解技术
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New Exact Solutions and Conservation Laws to (3+1)-Dimensional Potential-YTSF Equation 被引量:10
7
作者 ZHANG Li-Hua LIU Xi-Qiang 《Communications in Theoretical Physics》 SCIE CAS CSCD 2006年第3期487-492,共6页
Using the modified find some new exact solutions to Lie point symmetry groups and also get conservation laws, of the CK's direct method, we build the relationship between new solutions and old ones and the (3+1)-d... Using the modified find some new exact solutions to Lie point symmetry groups and also get conservation laws, of the CK's direct method, we build the relationship between new solutions and old ones and the (3+1)-dimensional potentiaial-YTSF equation. Baaed on the invariant group theory, Lie symmetries of the (3+1)-dimensional potential-YTSF equation are obtained. We equation with the given Lie symmetry. 展开更多
关键词 new exact solutions lie point symmetry groups conservation laws 3+1)-dimensional potential-YTSF equation
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素域F_p上的3-李代数 被引量:3
8
作者 白瑞蒲 李奇勇 +1 位作者 王伟东 程荣 《河北大学学报(自然科学版)》 CAS 北大核心 2013年第5期449-452,共4页
主要研究3-李代数的实现问题.利用素域Fp的群结构及群代数结构,代数上的导子及自同构,构造了Fp上的3-李代数,并对其结构进行研究.
关键词 素域 3-李代数 群代数
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(3+1)维Jimbo-Miwa方程的非行波解 被引量:6
9
作者 熊维玲 甘桦源 《广西科技大学学报》 2017年第1期12-18,34,共8页
利用李群分析法得到(3+1)维Jimbo-Miwa方程的一个对称和两个对称约化方程.通过行波变换将对称约化方程转换为复域的常微分方程,给出复域的常微分方程的亚纯解结构,从而得到了(3+1)维Jimbo-Miwa方程的两类非行波解的结构,并给出该方程的... 利用李群分析法得到(3+1)维Jimbo-Miwa方程的一个对称和两个对称约化方程.通过行波变换将对称约化方程转换为复域的常微分方程,给出复域的常微分方程的亚纯解结构,从而得到了(3+1)维Jimbo-Miwa方程的两类非行波解的结构,并给出该方程的新的非行波精确解. 展开更多
关键词 (3+1)维Jimbo-Miwa方程 非行波解 李群分析法 对称约化方程 精确解
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2半单的4维3-李代数
10
作者 白瑞蒲 刘丽丽 《常熟理工学院学报》 2008年第2期1-4,25,共5页
研究了2半单的4维3-李代数的一个应用.证明了实数域上的2半单的4维3-李代数A是lorentz群O(p,3-p)与3维Abel正规子群的半直积.特别地,当p=0时,A是3维欧氏空间的等距变换群的3-李代数.
关键词 3-李代数 李群 LORENTZ群 等距变换群
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柔性航天器预设性能及时间自抗扰姿轨跟踪控制 被引量:4
11
作者 曹芊 贾庆贤 +3 位作者 李化义 马晨 何文韬 张迎春 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第1期99-109,共11页
针对柔性航天器的姿轨机动及跟踪控制问题,首先基于模块化的多体动力学建模方法在SE(3)框架下建立柔性航天器的姿-轨-结构一体化动力学模型,其中航天器的位置、姿态使用李群SE(3)上的指数坐标来描述,然后进一步推导其相对动力学模型。... 针对柔性航天器的姿轨机动及跟踪控制问题,首先基于模块化的多体动力学建模方法在SE(3)框架下建立柔性航天器的姿-轨-结构一体化动力学模型,其中航天器的位置、姿态使用李群SE(3)上的指数坐标来描述,然后进一步推导其相对动力学模型。在此基础上提出一种基于预定义性能及时间的积分滑模跟踪控制方法,通过引入预定义时间扰动观测器估计柔性附件弹性振动及空间环境的扰动,并在控制律中加入扰动估计结果的前馈补偿项,通过Lyapunov理论证明了系统的闭环稳定性和跟踪误差收敛性。该算法通过对状态误差的实时监测来调整执行器的输出,使控制器在系统存在柔性振动及空间环境干扰的情况下仍可实现高精度的姿轨跟踪。将其应用至柔性航天器姿轨跟踪系统中,仿真结果表明了该控制方案的有效性和实用性。 展开更多
关键词 柔性航天器 姿-轨-结构动力学 李群se(3) 预设性能控制 预定义时间控制
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基于Grassmann流形和投影群的目标跟踪 被引量:3
12
作者 谢英红 庞彦伟 +1 位作者 韩晓微 田丹 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第5期1140-1147,共8页
针对现有的基于线性空间的目标跟踪方法对于跟踪经历大幅度非平面位姿变化的目标容易发生跟踪偏移的问题,利用李群空间的非线性特性,提出了基于Grassmann流形和投影变换群(SL(3)群)的双模视频目标跟踪算法。运用Grassmann流形状态空间... 针对现有的基于线性空间的目标跟踪方法对于跟踪经历大幅度非平面位姿变化的目标容易发生跟踪偏移的问题,利用李群空间的非线性特性,提出了基于Grassmann流形和投影变换群(SL(3)群)的双模视频目标跟踪算法。运用Grassmann流形状态空间的内蕴几何特性,建立目标表观模型,采用SL(3)群建立目标的几何形变模型,将目标的状态变化看作是流形上的点沿着测地线移动,设计双模粒子滤波算法完成目标跟踪。基于流形上的测地线距离度量提出目标特征空间更新策略,确保特征空间的准确性。实验结果表明,该算法对目标在经历大幅度非平面的几何形变、光照变化及部分遮挡情况下,都能够实现稳定的跟踪。 展开更多
关键词 目标跟踪 李群 GRASSMANN流形 SL(3)群 测地线距离
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光偏振态的群论描述:转动矩阵的生成元
13
作者 江月松 李小路 张绪国 《光学技术》 CAS CSCD 北大核心 2009年第3期351-353,共3页
应用偏振光描述中的变换矩阵与群论的对应关系[1]和相应的计算理论,讨论了与偏振光学系统中的Jones矩阵、Mueller矩阵相对应的SU(2)群、SO(3)群和Lorentz群的生成元问题,给出了用单位矩阵、Pauli自旋矩阵和稀疏矩阵分别作为无耗偏振光... 应用偏振光描述中的变换矩阵与群论的对应关系[1]和相应的计算理论,讨论了与偏振光学系统中的Jones矩阵、Mueller矩阵相对应的SU(2)群、SO(3)群和Lorentz群的生成元问题,给出了用单位矩阵、Pauli自旋矩阵和稀疏矩阵分别作为无耗偏振光学系统中SU(2)群元(Jones矩阵)和SO(3)群元(Mueller矩阵)生成元以及部分损耗偏振光学系统中的幺模群(Jones矩阵)和Lorentz群(Mueller矩阵)生成元的具体形式;矩阵计算理论说明这些群元的生成元表示可以简化偏振光学系统的计算。 展开更多
关键词 偏振光 李群 SU(2)群 SO(3)群 LORENTZ群 生成元 简化计算
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SE(3)上航天器姿轨耦合固定时间容错控制 被引量:9
14
作者 梅亚飞 廖瑛 +1 位作者 龚轲杰 罗达 《航空学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第11期354-367,共14页
针对相对运动航天器姿轨一体化控制问题,考虑执行器故障和控制输入饱和的影响,提出了一种基于滑模的模糊自适应固定时间容错控制方法。首先,在李群SE(3)的框架下建立并推导相对运动航天器姿轨一体化误差动力学模型;其次,引入执行器故障... 针对相对运动航天器姿轨一体化控制问题,考虑执行器故障和控制输入饱和的影响,提出了一种基于滑模的模糊自适应固定时间容错控制方法。首先,在李群SE(3)的框架下建立并推导相对运动航天器姿轨一体化误差动力学模型;其次,引入执行器故障和控制输入饱和的问题,采用双幂次快速终端滑模面,并结合模糊自适应方法设计了固定时间稳定的容错控制器,可以实现执行器故障情况下相对运动航天器的高精度快速跟踪控制;然后,运用Lyapunov方法证明了系统的稳定性,该控制器不仅能不依赖于系统的初始状态实现滑模趋近和到达阶段的固定时间稳定性,而且由于采用模糊逼近方法结合自适应更新策略可以实时高精度地估计系统的总扰动信息,因此可以达到快速高精度的容错控制目标;最后,对所提出的的控制方法进行数值仿真分析,结果验证了该方法的有效性和可行性。 展开更多
关键词 姿轨耦合控制 李群se(3) 模糊自适应 固定时间 容错控制
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基于李群局部标架的多柔体系统动力学建模与计算 被引量:14
15
作者 刘铖 胡海岩 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第1期213-233,共21页
多柔体系统动力学主要研究由多个具有运动学约束、存在大范围相对运动的柔性部件构成的动力学系统的建模、计算和控制.多柔体系统不仅具有柔体大变形导致的几何非线性,更具有大范围刚体运动引起的几何非线性,其非线性程度远高于计算结... 多柔体系统动力学主要研究由多个具有运动学约束、存在大范围相对运动的柔性部件构成的动力学系统的建模、计算和控制.多柔体系统不仅具有柔体大变形导致的几何非线性,更具有大范围刚体运动引起的几何非线性,其非线性程度远高于计算结构力学所研究的几何非线性问题.本文基于李群局部标架(local frame of Lie group,LFLG),讨论如何发展一套新的多柔体系统动力学建模和计算方法体系,具体内容包括:基于局部标架的梁、板壳单元,适用于长时间历程计算的多柔体系统碰撞动力学积分算法,结合区域分解技术的大规模多柔体系统动力学并行求解器,以及若干验证性算例.上述基于李群局部标架的方法体系可在计算中消除刚体运动带来的几何非线性问题,使柔体系统的广义惯性力、广义弹性力及其雅可比矩阵满足刚体运动的不变性,使多柔体系统动力学与大变形结构力学相互统一,有望推动新一代多柔体系统动力学建模和计算软件的发展. 展开更多
关键词 局部标架方法 se(3) 多体系统动力学 几何非线性 几何精确理论
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从李代数的观点看角动量代数
16
作者 吴俊 冯承天 《上海师范大学学报(自然科学版)》 2007年第6期29-34,共6页
从李代数的观点来阐明角动量代数的一些基本内容,从而建立起纯数学表述与通常表述之间的联系,并澄清了文献中的许多混淆与不清.
关键词 角动量代数 李代数 SO(3)群 SU(2)群 SL(2 C)群
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基于全驱系统理论的航天器姿轨预设性能控制 被引量:3
17
作者 刘明 范睿超 +1 位作者 邱实 曹喜滨 《航空学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期13-28,共16页
针对航天器对空间目标近距离绕飞背景下的姿轨一体化控制任务,考虑惯量参数不确定性与轨道摄动的影响,提出一种基于全驱系统参数化方法与自适应神经网络的预设性能控制方法。基于Lie群SE(3)描述刚体航天器近距离绕飞空间目标的六自由度... 针对航天器对空间目标近距离绕飞背景下的姿轨一体化控制任务,考虑惯量参数不确定性与轨道摄动的影响,提出一种基于全驱系统参数化方法与自适应神经网络的预设性能控制方法。基于Lie群SE(3)描述刚体航天器近距离绕飞空间目标的六自由度运动,建立精确且简洁的航天器姿轨一体化误差动力学模型;通过引入指数形式的预设性能函数,先验定量地约束航天器姿轨状态误差的动态和稳态过程;考虑到航天器相对运动模型的非线性特性,设计了基于全驱系统方法的反馈控制项,使闭环系统成为具有可配置特征结构的常线性系统,降低了后续控制器设计难度;进一步设计了包括自适应神经网络项的积分滑模控制器,以实现存在惯量不确定性和轨道摄动情况下的航天器高精度一体化控制;此外,利用改进粒子群算法进一步优化控制器参数,提高了控制器的工程应用性。数值模拟结果显示,在所提出的控制方法作用下,能够实现高精度姿轨一体绕飞,航天器状态轨迹始终处于预设性能包络内且控制输出无明显抖振,证明了所设计控制器的有效性和可应用性。 展开更多
关键词 全驱系统方法 liese(3) 航天器姿轨一体化控制 预设性能控制 改进粒子群优化
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用两单参数李群求3阶自治系统的首次积分 被引量:8
18
作者 刘洪伟 管克英 《应用数学学报》 CSCD 北大核心 2006年第3期567-573,共7页
在较一般的条件下,对3阶自治系统给出利用系统所接受的两个单参数李群的生成元计算首次积分的方法.
关键词 3阶自治系统 首次积分 单参数李群
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输入量化下航天器位姿一体化预设时间控制 被引量:1
19
作者 张洪珠 叶东 孙兆伟 《航空学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第22期223-241,共19页
航天器在轨抢修或维护等空间近距任务中,往往要求执行任务的航天器在限定的时间窗口和有限通信带宽的条件下,实现对目标的位姿跟踪。针对其姿轨耦合控制问题,提出了一种带有输入量化的姿轨一体化预设时间控制方法。首先,在Lie群SE(3)框... 航天器在轨抢修或维护等空间近距任务中,往往要求执行任务的航天器在限定的时间窗口和有限通信带宽的条件下,实现对目标的位姿跟踪。针对其姿轨耦合控制问题,提出了一种带有输入量化的姿轨一体化预设时间控制方法。首先,在Lie群SE(3)框架下,建立了相对运动航天器位姿一体化误差动力学模型。其次,引入了输入量化机制,减小控制器到执行机构间的通信频次。接着,基于推导的实际预设时间稳定引理,结合反步法设计了一种非奇异预设时间位姿跟踪控制器。为提高系统鲁棒性,设计新型自适应律估计并补偿系统总扰动,并利用量化器参数抑制量化误差;该方法能够在不依赖系统初始状态、输入量化和扰动信息未知的情况下实现预设时间内稳定,且稳定时间上界可由一个控制参数预先设定。然后,基于Lyapunov理论证明了系统的稳定性。最后,数值仿真结果验证了该方法的有效性。 展开更多
关键词 在轨维护 位姿一体化控制 李群se(3) 输入量化 预设时间控制
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考虑运动耦合的BTT导弹三维制导律设计 被引量:9
20
作者 彭双春 孙未蒙 +2 位作者 王楠 潘亮 沈林成 《航空学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第5期968-974,共7页
针对倾斜转弯(BTT)导弹制导过程中的双通道耦合问题,设计了一种新型三维(3D)制导律。首先,通过矢量描述的方式,将导弹运动学模型分解成俯冲、转弯和耦合3项,俯冲和转弯两项在笛卡儿坐标系下描述,耦合项则在SO(3)空间中描述。然后,针对... 针对倾斜转弯(BTT)导弹制导过程中的双通道耦合问题,设计了一种新型三维(3D)制导律。首先,通过矢量描述的方式,将导弹运动学模型分解成俯冲、转弯和耦合3项,俯冲和转弯两项在笛卡儿坐标系下描述,耦合项则在SO(3)空间中描述。然后,针对无终端约束和有终端约束情况,分别采用比例控制和SO(3)群上的广义比例-微分(PD)控制方式进行了相应的制导律设计。所得制导律既克服了李群方法的结构复杂性,又避免了解耦方法的信息损失。仿真表明,所设计的制导律能够满足BTT导弹精确制导的要求。 展开更多
关键词 导弹 制导律 李群 解耦 倾斜转弯 SO(3)
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