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[1]何联,王广雄. 姿态控制中的散开现象[J].电机与控制学报,2015,19(07):101-105.[doi:10. 15938/j. emc.2015.07.015]
 HE Zhen,WANG Guang-xiong. Unwinding phenomenon in attitude control[J].,2015,19(07):101-105.[doi:10. 15938/j. emc.2015.07.015]
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 姿态控制中的散开现象
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《电机与控制学报》[ISSN:1007-449X/CN:23-1 408/TM]

卷:
19
期数:
2015年07
页码:
101-105
栏目:
出版日期:
2015-07-31

文章信息/Info

Title:
 Unwinding phenomenon in attitude control
作者:
 何联王广雄
 哈尔滨工业大学航天学院,黑龙江哈尔滨150001
Author(s):
 HE ZhenWANG Guang-xiong
 School of Astronautics,Harbin Institute of Technology, Harbin 150001,China
关键词:
 姿态控制四元数旋转矩阵散开现象
Keywords:
 attitude controlquaternionrotation matrixunwinding phenomenon
分类号:
TP 273
DOI:
10. 15938/j. emc.2015.07.015
文献标志码:
A
摘要:
 摘要:对散开现象提出了一种新的解释,并对姿态控制提出了一种新的PD型控制。实际应用中
常用四元数来表示一刚体运动的姿态。可是四元数的状态空间S?;对姿态集合SO(3)是双重覆叠
的,即每一个姿态对应两个不同的四元数向量。这样,当采用四元数来进行反馈控制时,四元数的
非唯一性会在q∈S?;和-q∈ S?;的邻域分别形成一个吸引域和一个排斤域,从而导致了姿态控制的
散开现象。文中用一个姿态控制的实例来说明这个不稳定现象。为了避免出现散开现象,提出了
一个PD型的非线性控制器。这种控制器还有一个特点是能够以最小转角来回归平衡状态。
Abstract:
 Abstract:A new exposition of the unwinding phenomenon was presented and a new type of PD controller
for attitude control was proposed. The quaternions are often used in practical applications to represent rig-
id一body attitude. However, the quaternion state space S?; double covers the set of attitudes SO ( 3)in the
sense that each attitude corresponds to two different quaternion vectors. Thus,in the case of feedback
control using quaternions,this nonunique representation can give rise to regions of attraction and repul-
lion in the neighborhood of q ∈ S?; and一q∈S?;,respectively,and cause the unwinding phenomenon of at-
titude control. A practical attitude control example was presented to illustrate this unstable behavior. A
PD一type nonlinear controller was proposed to avoid the unwinding phenomenon. This controller also has
an advantage of retuning to the equilibrium state with minimum angle of rotation.

参考文献/References:

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备注/Memo

备注/Memo:
基金项目:国家自然科学基金重点资助项目(61034001);国家自然科学基金资助项目(61174203,60374027)
更新日期/Last Update: 2015-08-14