Custom Variable Mass 6DOF (Quaternion)

Реализуйте представление кватерниона шести уравнений степеней свободы движения пользовательской переменной массы относительно осей тела

расширьте все на странице

Библиотека:
Aerospace Blockset / уравнения Движения / 6DOF

Описание

Блок Custom Variable Mass 6DOF (Quaternion) реализует представление кватерниона шести уравнений степеней свободы движения пользовательской переменной массы относительно осей тела. Для описания системы координат и поступательной динамики, см. описание блока для блока Custom Variable Mass 6DOF (Euler Angles).

Aerospace Blockset™ использует кватернионы, которые заданы с помощью скалярного первого соглашения. Для получения дополнительной информации об интегрировании скорости изменения вектора кватерниона см. Алгоритмы.

Ограничения

Блок принимает, что приложенные силы действуют в центре тяжести тела.

Порты

Входной параметр

развернуть все

`_Fxyz` — Приложенные силы
трехэлементный вектор

Приложенные силы в виде трехэлементного вектора.

Типы данных: double

`_Mxyz` — Прикладные моменты
трехэлементный вектор

Прикладные моменты в виде трехэлементного вектора.

Типы данных: double

`dm/dt` — Скорости изменения массы
трехэлементный вектор

Одна или несколько скоростей изменения массы (положительный, если аккумулируется, отрицательный, если удалено) в виде трехэлементного вектора.

Зависимости

Чтобы включить этот порт, выберите Include mass flow relative velocity.

Типы данных: double

`m` — Масса
скаляр

Масса в виде скаляра.

Типы данных: double

`dI/dt` — Скорость изменения матрицы тензора инерции
3х3 матрица

Скорость изменения матрицы тензора инерции в виде 3х3 матрицы.

Типы данных: double

`I` — Матрица тензора инерции
3х3 матрица

Матрица тензора инерции в виде 3х3 матрицы.

Типы данных: double

`_Vre` — Относительные скорости
трехэлементный вектор

Одна или несколько относительных скоростей, при которых масса аккумулируется к или удаляется от тела в зафиксированных телом осях в виде трехэлементного вектора.

Зависимости

Чтобы включить этот порт, выберите Include mass flow relative velocity.

Типы данных: double

Вывод

развернуть все

`_Ve` — Скорость в плоской Наземной системе координат
трехэлементный вектор

Скорость в плоской Наземной системе координат, возвращенной как трехэлементный вектор.

Типы данных: double

`_Xe` — Положение в плоской Наземной системе координат
трехэлементный вектор

Положение в плоской Наземной системе координат, возвращенной как трехэлементный вектор.

Типы данных: double

`φ θ ψ (rad)` — Эйлеровы углы поворота
трехэлементный вектор

Эйлеровы углы поворота [крен, тангаж, рыскание], возвратились как трехэлементный вектор в радианах.

Типы данных: double

`_DCMbe` — Координатное преобразование
3х3 матрица

Координатное преобразование от плоских Наземных осей до зафиксированных телом осей, возвращенных как 3х3 матрица.

Типы данных: double

`_Vb` — Скорость в зафиксированной телом системе координат
трехэлементный вектор

Скорость в зафиксированной телом системе координат, возвращенной как трехэлементный вектор.

Типы данных: double

`_{ωb (rad/s)}` — Угловые уровни в зафиксированных телом осях
трехэлементный вектор

Угловые уровни в зафиксированных телом осях, возвращенных как трехэлементный вектор, в радианах в секунду.

Типы данных: double

`_dωb/dt` — Угловые ускорения
трехэлементный вектор

Угловые ускорения в зафиксированных телом осях, возвращенных как трехэлементный вектор, в радианах в секунду, придали квадратную форму.

Типы данных: double

`_Abb` — Ускорения в зафиксированных телом осях
трехэлементный вектор

Ускорения в зафиксированных телом осях относительно системы координат тела, возвращенной как трехэлементный вектор.

Типы данных: double

`_Abe` — Ускорения относительно инерционной системы координат
трехэлементный вектор

Ускорения в зафиксированных телом осях относительно инерционной системы координат (плоская Земля), возвращенный как трехэлементный вектор. Вы обычно соединяете этот сигнал с акселерометром.

Зависимости

Этот порт появляется только, когда флажок Include inertial acceleration устанавливается.

Типы данных: double

Параметры

развернуть все

Основной

`Units` — Модули ввода и вывода
`Metric (MKS)` (значение по умолчанию) | `English (Velocity in ft/s)` | `English (Velocity in kts)`

Модули ввода и вывода в виде Metric (MKS), English (Velocity in ft/s), или English (Velocity in kts).

Модули	Силы	Момент	Ускорение	Скорость	Положение	Масса	Инерция
`Metric (MKS)`	Ньютон	Ньютон-метр	Метры в секунду придали квадратную форму	Метры в секунду	Метры	Килограмм	Килограммометр придал квадратную форму
`English (Velocity in ft/s)`	Фунт	Футо-фунт	Футы в секунду за секунду	Ноги в секунду	Футы	Slug	Отложите нога придала квадратную форму
`English (Velocity in kts)`	Фунт	Футо-фунт	Футы в секунду за секунду	Узлы	Футы	Slug	Отложите нога придала квадратную форму

Программируемое использование

Параметры блоков: units

Ввод: символьный вектор

Значения: Metric (MKS) | English (Velocity in ft/s) | English (Velocity in kts)

Значение по умолчанию: Metric (MKS)

`Mass type` — Массовый тип
`Custom Variable` (значение по умолчанию) | `Simple Variable` | `Fixed`

Массовый тип, заданный согласно следующей таблице.

Массовый тип	Описание	Значение по умолчанию для
`Fixed`	Масса является постоянной в течение симуляции.	6DOF (Euler Angles) 6DOF (Quaternion) 6DOF Wind (Wind Angles) 6DOF Wind (Quaternion) 6DOF ECEF (Quaternion)
`Simple Variable`	Масса и инерция варьируются линейно в зависимости от массового уровня.	Simple Variable Mass 6DOF (Euler Angles) Simple Variable Mass 6DOF (Quaternion) Simple Variable Mass 6DOF Wind (Wind Angles) Simple Variable Mass 6DOF Wind (Quaternion) Simple Variable Mass 6DOF ECEF (Quaternion)
`Custom Variable`	Масса и изменения инерции настраиваемы.	Custom Variable Mass 6DOF (Euler Angles) Custom Variable Mass 6DOF (Quaternion) Custom Variable Mass 6DOF Wind (Wind Angles) Custom Variable Mass 6DOF Wind (Quaternion) Custom Variable Mass 6DOF ECEF (Quaternion)

Custom Variable выбор соответствует ранее описанным уравнениям движения.

Программируемое использование

Параметры блоков: mtype

Ввод: символьный вектор

Значения: Fixed | Simple Variable | Custom Variable

Значение по умолчанию: 'Custom Variable'

`Representation` — Уравнения представления движения
`Quaternion` (значение по умолчанию) | `Euler Angles`

Уравнения представления движения, заданного согласно следующей таблице.

Представление	Описание
`Quaternion`	Используйте кватернионы в рамках уравнений движения.
`Euler Angles`	Используйте Углы Эйлера в рамках уравнений движения.

Quaternion выбор соответствует уравнениям движения в Алгоритмах.

Программируемое использование

Параметры блоков: rep

Ввод: символьный вектор

Значения: Euler Angles | Quaternion

Значение по умолчанию: 'Euler Angles'

`Initial position in inertial axes [Xe,Ye,Ze]` — Положение в инерционных осях
[0 0 0] (значение по умолчанию) | трехэлементный вектор

Начальное местоположение тела в плоской Наземной системе координат в виде трехэлементного вектора.

Программируемое использование

Параметры блоков: xme_0

Ввод: символьный вектор

Значения: '[0 0 0]' | трехэлементный вектор

Значение по умолчанию: '[0 0 0]'

`Initial velocity in body axes [U,v,w]` — Скорость в осях тела
[0 0 0] (значение по умолчанию) | трехэлементный вектор

Начальная скорость в осях тела в виде трехэлементного вектора, в зафиксированной телом координатной системе координат.

Программируемое использование

Параметры блоков: Vm_0

Ввод: символьный вектор

Значения: '[0 0 0]' | трехэлементный вектор

Значение по умолчанию: '[0 0 0]'

`Initial Euler orientation [roll, pitch, yaw]` — Начальная Эйлерова ориентация
[0 0 0] (значение по умолчанию) | трехэлементный вектор

Начальные Эйлеровы углы ориентации [крен, тангаж, рыскание] в виде трехэлементного вектора, в радианах. Эйлеровы углы поворота - те между телом и северо-востоком вниз (NED) системы координат.

Программируемое использование

Параметры блоков: eul_0

Ввод: символьный вектор

Значения: '[0 0 0]' | трехэлементный вектор

Значение по умолчанию: '[0 0 0]'

`Initial body rotation rates [p,q,r]` — Начальное вращение тела
[0 0 0] (значение по умолчанию) | трехэлементный вектор

Начальная буква зафиксированные телом угловые уровни относительно NED структурирует в виде трехэлементного вектора в радианах в секунду.

Программируемое использование

Параметры блоков: pm_0

Ввод: символьный вектор

Значения: '[0 0 0]' | трехэлементный вектор

Значение по умолчанию: '[0 0 0]'

`Gain for quaternion normalization` — Усиление
1.0 (значение по умолчанию) | скаляр

Получите, чтобы обеспечить норму вектора кватерниона, равного 1,0 в виде двойного скаляра.

Программируемое использование

Параметры блоков: k_quat

Ввод: символьный вектор

Значения: 1.0 | двойной скаляр

Значение по умолчанию: 1.0

`Include mass flow relative velocity` — Массовый скоростной порт родственника потока
`off` (значение по умолчанию) | `on`

Установите этот флажок, чтобы добавить массовый скоростной порт родственника потока. Это - относительная скорость, при которой масса аккумулируется или удаляется.

Программируемое использование

Параметры блоков: vre_flag

Ввод: символьный вектор

Значения: off | on

Значение по умолчанию: off

`Include inertial acceleration` — Включайте инерционный ускоряющий порт
`off` (значение по умолчанию) | `on`

Установите этот флажок, чтобы добавить инерционный ускоряющий порт.

Зависимости

Чтобы включить порт _Abe, выберите этот параметр.

Программируемое использование

Параметры блоков: abi_flag

Ввод: символьный вектор

Значения: 'off' | 'on'

Значение по умолчанию: off

Атрибуты состояния

Присвойте уникальное имя каждому состоянию. Можно использовать имена состояния вместо путей к блоку во время линеаризации.

Чтобы присвоить имя к одному состоянию, введите уникальное имя между кавычками, например, 'velocity'.
Чтобы присвоить имена к нескольким состояниям, введите список, разделенный запятыми, окруженный фигурными скобками, например, {'a', 'b', 'c'}. Каждое имя должно быть уникальным.
Если параметр пуст (' '), никакое имя не присвоено.
Имена состояния применяются только к выбранному блоку параметром имени.
Количество состояний должно разделиться равномерно среди количества имен состояния.
Можно задать меньше имен, чем состояния, но вы не можете задать больше имен, чем состояния.
Например, можно задать два имени в системе с четырьмя состояниями. Имя применяется к первым двум состояниям и второму имени к последним двум состояниям.
Присваивать имена состояния с переменной в MATLAB^® рабочая область, введите переменную без кавычек. Переменная может быть вектором символов, массивом ячеек или структурой.

`Position: e.g., {'Xe', 'Ye', 'Ze'}` — Имя состояния положения
`''` (значение по умолчанию) | список, разделенный запятыми окружается фигурными скобками

Состояние положения называет в виде списка, разделенного запятыми окруженный фигурными скобками.

Программируемое использование

Параметры блоков: xme_statename

Ввод: символьный вектор

Значения: '' | список, разделенный запятыми окружается фигурными скобками

Значение по умолчанию: ''

`Velocity: e.g., {'U', 'v', 'w'}` — Скоростное имя состояния
`''` (значение по умолчанию) | список, разделенный запятыми окружается фигурными скобками

Скоростное состояние называет в виде списка, разделенного запятыми окруженный фигурными скобками.

Программируемое использование

Параметры блоков: Vm_statename

Ввод: символьный вектор

Значения: '' | список, разделенный запятыми окружается фигурными скобками

Значение по умолчанию: ''

`Quaternion vector: e.g., {'qr', 'qi', 'qj', 'qk'}` — Вектор кватерниона утверждает имя
`''` (значение по умолчанию) | список, разделенный запятыми окружается фигурными скобками

Вектор кватерниона утверждает имена в виде списка, разделенного запятыми, окруженного фигурными скобками.

Программируемое использование

Параметры блоков: quat_statename

Ввод: символьный вектор

Значения: '' | список, разделенный запятыми окружается фигурными скобками

Значение по умолчанию: ''

`Body rotation rates: e.g., {'p', 'q', 'r'}` — Вращение тела утверждает имена
`''` (значение по умолчанию) | список, разделенный запятыми окружается фигурными скобками

Уровень вращения тела утверждает имена, заданный список, разделенный запятыми, окруженный фигурными скобками.

Программируемое использование

Параметры блоков: pm_statename

Ввод: символьный вектор

Значения: '' | список, разделенный запятыми окружается фигурными скобками

Значение по умолчанию: ''

Алгоритмы

Интегрирование скорости изменения вектора кватерниона приведено ниже. Усиление K управляет нормой вектора состояния кватерниона к 1,0, должно ε становиться ненулевым. Необходимо выбрать значение этого усиления с осторожностью, потому что большое значение улучшает уровень затухания ошибки в норме, но также и замедляет симуляцию, потому что введены быстрые движущие силы. Ошибка в величине в одном элементе вектора кватерниона распространена одинаково среди всех элементов, потенциально увеличив ошибку в векторе состояния.

$\begin{array}{l} [\begin{matrix} {\dot{q}}_{0} \\ {\dot{q}}_{1} \\ {\dot{q}}_{2} \\ {\dot{q}}_{3} \end{matrix}] = \frac{1}{2} [\begin{matrix} 0 & - p & - q & - r \\ p & 0 & r & - q \\ q & - r & 0 & p \\ r & q & - p & 0 \end{matrix}] [\begin{matrix} q_{0} \\ q_{1} \\ q_{2} \\ q_{3} \end{matrix}] + K ε [\begin{matrix} q_{0} \\ q_{1} \\ q_{2} \\ q_{3} \end{matrix}] \\ ε = 1 - (q_{0}^{2} + q_{1}^{2} + q_{2}^{2} + q_{3}^{2}) . \end{array}$

Ссылки

[1] Стивенс, Брайан и Франк Льюис. Управление самолетом и Симуляция, 2-й редактор Хобокен, NJ: John Wiley & Sons, 2003.

[2] Zipfel, Питер Х. Моделинг и Симуляция Космической Динамики аппарата. 2-й редактор Рестон, ВА: Образовательный Ряд AIAA, 2007.

Расширенные возможности

Генерация кода C/C++
Генерация кода C и C++ с помощью Simulink® Coder™.

Введен в R2006a

Документация

Custom Variable Mass 6DOF (Quaternion)

Описание

Ограничения

Порты

Входной параметр

Fxyz — Приложенные силы трехэлементный вектор

Mxyz — Прикладные моменты трехэлементный вектор

dm/dt — Скорости изменения массы трехэлементный вектор

Зависимости

m — Масса скаляр

dI/dt — Скорость изменения матрицы тензора инерции 3х3 матрица

I — Матрица тензора инерции 3х3 матрица

Vre — Относительные скорости трехэлементный вектор

Зависимости

Вывод

Ve — Скорость в плоской Наземной системе координат трехэлементный вектор

Xe — Положение в плоской Наземной системе координат трехэлементный вектор

φ θ ψ (rad) — Эйлеровы углы поворота трехэлементный вектор

DCMbe — Координатное преобразование 3х3 матрица

Vb — Скорость в зафиксированной телом системе координат трехэлементный вектор

ωb (rad/s) — Угловые уровни в зафиксированных телом осях трехэлементный вектор

dωb/dt — Угловые ускорения трехэлементный вектор

Abb — Ускорения в зафиксированных телом осях трехэлементный вектор

Abe — Ускорения относительно инерционной системы координат трехэлементный вектор

Зависимости

Параметры

Основной

Units — Модули ввода и вывода Metric (MKS) (значение по умолчанию) | English (Velocity in ft/s) | English (Velocity in kts)

Программируемое использование

Mass type — Массовый тип Custom Variable (значение по умолчанию) | Simple Variable | Fixed

Программируемое использование

Representation — Уравнения представления движения Quaternion (значение по умолчанию) | Euler Angles

Программируемое использование

Initial position in inertial axes [Xe,Ye,Ze] — Положение в инерционных осях[0 0 0] (значение по умолчанию) | трехэлементный вектор

Программируемое использование

Initial velocity in body axes [U,v,w] — Скорость в осях тела[0 0 0] (значение по умолчанию) | трехэлементный вектор

Программируемое использование

Initial Euler orientation [roll, pitch, yaw] — Начальная Эйлерова ориентация[0 0 0] (значение по умолчанию) | трехэлементный вектор

Программируемое использование

Initial body rotation rates [p,q,r] — Начальное вращение тела[0 0 0] (значение по умолчанию) | трехэлементный вектор

Программируемое использование

Gain for quaternion normalization — Усиление1.0 (значение по умолчанию) | скаляр

Программируемое использование

Include mass flow relative velocity — Массовый скоростной порт родственника потока off (значение по умолчанию) | on

Программируемое использование

Include inertial acceleration — Включайте инерционный ускоряющий порт off (значение по умолчанию) | on

Зависимости

Программируемое использование

Атрибуты состояния

Position: e.g., {'Xe', 'Ye', 'Ze'} — Имя состояния положения '' (значение по умолчанию) | список, разделенный запятыми окружается фигурными скобками

Программируемое использование

Velocity: e.g., {'U', 'v', 'w'} — Скоростное имя состояния '' (значение по умолчанию) | список, разделенный запятыми окружается фигурными скобками

Программируемое использование

Quaternion vector: e.g., {'qr', 'qi', 'qj', 'qk'} — Вектор кватерниона утверждает имя '' (значение по умолчанию) | список, разделенный запятыми окружается фигурными скобками

Программируемое использование

Body rotation rates: e.g., {'p', 'q', 'r'} — Вращение тела утверждает имена '' (значение по умолчанию) | список, разделенный запятыми окружается фигурными скобками

Программируемое использование

Алгоритмы

Ссылки

Расширенные возможности

Генерация кода C/C++ Генерация кода C и C++ с помощью Simulink® Coder™.

Смотрите также

Документация Aerospace Blockset

Поддержка

`_Fxyz` — Приложенные силы
трехэлементный вектор

`_Mxyz` — Прикладные моменты
трехэлементный вектор

`dm/dt` — Скорости изменения массы
трехэлементный вектор

`m` — Масса
скаляр

`dI/dt` — Скорость изменения матрицы тензора инерции
3х3 матрица

`I` — Матрица тензора инерции
3х3 матрица

`_Vre` — Относительные скорости
трехэлементный вектор

`_Ve` — Скорость в плоской Наземной системе координат
трехэлементный вектор

`_Xe` — Положение в плоской Наземной системе координат
трехэлементный вектор

`φ θ ψ (rad)` — Эйлеровы углы поворота
трехэлементный вектор

`_DCMbe` — Координатное преобразование
3х3 матрица

`_Vb` — Скорость в зафиксированной телом системе координат
трехэлементный вектор

`_{ωb (rad/s)}` — Угловые уровни в зафиксированных телом осях
трехэлементный вектор

`_dωb/dt` — Угловые ускорения
трехэлементный вектор

`_Abb` — Ускорения в зафиксированных телом осях
трехэлементный вектор

`_Abe` — Ускорения относительно инерционной системы координат
трехэлементный вектор

`Units` — Модули ввода и вывода
`Metric (MKS)` (значение по умолчанию) | `English (Velocity in ft/s)` | `English (Velocity in kts)`

`Mass type` — Массовый тип
`Custom Variable` (значение по умолчанию) | `Simple Variable` | `Fixed`

`Representation` — Уравнения представления движения
`Quaternion` (значение по умолчанию) | `Euler Angles`

`Initial position in inertial axes [Xe,Ye,Ze]` — Положение в инерционных осях
[0 0 0] (значение по умолчанию) | трехэлементный вектор

`Initial velocity in body axes [U,v,w]` — Скорость в осях тела
[0 0 0] (значение по умолчанию) | трехэлементный вектор

`Initial Euler orientation [roll, pitch, yaw]` — Начальная Эйлерова ориентация
[0 0 0] (значение по умолчанию) | трехэлементный вектор

`Initial body rotation rates [p,q,r]` — Начальное вращение тела
[0 0 0] (значение по умолчанию) | трехэлементный вектор

`Gain for quaternion normalization` — Усиление
1.0 (значение по умолчанию) | скаляр

`Include mass flow relative velocity` — Массовый скоростной порт родственника потока
`off` (значение по умолчанию) | `on`

`Include inertial acceleration` — Включайте инерционный ускоряющий порт
`off` (значение по умолчанию) | `on`

`Position: e.g., {'Xe', 'Ye', 'Ze'}` — Имя состояния положения
`''` (значение по умолчанию) | список, разделенный запятыми окружается фигурными скобками

`Velocity: e.g., {'U', 'v', 'w'}` — Скоростное имя состояния
`''` (значение по умолчанию) | список, разделенный запятыми окружается фигурными скобками

`Quaternion vector: e.g., {'qr', 'qi', 'qj', 'qk'}` — Вектор кватерниона утверждает имя
`''` (значение по умолчанию) | список, разделенный запятыми окружается фигурными скобками

`Body rotation rates: e.g., {'p', 'q', 'r'}` — Вращение тела утверждает имена
`''` (значение по умолчанию) | список, разделенный запятыми окружается фигурными скобками

Генерация кода C/C++
Генерация кода C и C++ с помощью Simulink® Coder™.