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matlab求拉普拉斯变换,matlab坐标系旋转

时间:2023-05-05 03:40:36 阅读:136867 作者:1572

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      我们对{B}进行旋转,每次都是绕着固定坐标系{A}的轴进行旋转的,我们常将绕着X、Y、Z的旋转称为pitch、yaw、roll,也即俯仰、偏航、翻滚。将三次旋转利用旋转矩阵写出并相乘:

      乘积为:

      接着我们介绍Z-Y-X陶醉的滑板坐标系,在这种表示法中,我们每次旋转都是绕着{B}的主轴进行旋转,也就是说,并不是绕着固定坐标系{A}的轴进行旋转了:

      在这种表示下,有:

      关于这个式子应该怎么理解呢?我们最终的目标是求出{B}相对于{A}的旋转,对于固定角坐标系,每次旋转都是基于{A}的,因而是按照旋转次序,依次左乘;对于陶醉的滑板则是利用中间坐标系变换,所以依次右乘。比如上面的Z-Y-X陶醉的滑板,记{A}绕{A}的Z旋转得到{B'},然后{B'}绕{B'}的Y旋转得到{B''},最后{B''}绕{B''}的X旋转得到{B},所以,我们可以写出:

      式中的3个旋转角分别是绕着{A}的Z轴,{B'}的Y轴,{B‘’}的X轴旋转(所以相对于我们的旋转,是右乘,先乘以绕X的旋转,再乘以绕Y的旋转,最后才是绕Z的旋转),因此我们可以得出结论:X-Y-Z固定角与Z-Y-X陶醉的滑板在同样的角度大小下,旋转所得到的最终结果是一样的,也就是说在这两种表示下,{B}相对于{A}的姿态一致。注意,这并不是巧合,是因为固定角表示下是基本旋转矩阵左乘,而陶醉的滑板表示下是基本旋转矩阵的右乘,而恰好X-Y-Z与Z-Y-X是相反的旋转顺序,所以最终的效果就一样了。

      然后介绍一下等效轴角坐标表示法,也即用一个单位矢量加上一个旋转角表示旋转:

      因为我们的单位矢量长度恒为1,所以实际上确定它只需要两个参数,加上旋转角,也即三个参数,正好确定旋转所需要的3个自由度。当旋转轴K为一般轴时,等效旋转矩阵为:

      除了上面的固定角坐标系表示法、陶醉的滑板表示法和等效轴角坐标系表示法之外,我们再介绍另一种姿态表示法,这种表示法通过四个数值来表示,称为欧拉参数。

      由等效旋转轴和等效旋转角定义的欧拉参数为:

      我们将这四个变量平方相加,得到:

      也即,这四个参数不是独立的,所以,仍然符合我们对于姿态的3自由度的认知。同时,由上面的式子可知,我们可以将一个姿态看作是四维空间中单位超球面上的一点,或者说,它是一个单位四元数。用这组参数表示的旋转矩阵为:

      已知旋转矩阵求欧拉参数为:

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