词条 | 欧拉角 |
释义 | oulajiao 欧拉角(卷名:力学) Eulerian angles 用来唯一地确定定点转动刚体位置的三个一组独立角参量,由章动角θ、进动角ψ和自转角嗞组成,为L.欧拉首先提出,故得名。它们有多种取法,下面是常见的一种。 如图所示,由定点O作出固定坐标系Oxyz 以及固连于刚体的坐标系Ox′y′z′。以轴Oz和Oz′为基本轴,其垂直面Oxy和Ox′y′为基本平面。由轴Oz量到Oz′的角度θ称为章动角。平面zOz′的垂线ON称为节线,它又是基本平面Ox′y′和Oxy的交线。在右手坐标系中,由ON的正端看,角θ应按逆时针方向计量。由固定轴Ox量到节线ON的角度ψ称为进动角;由节线ON量到动轴Ox′的角度嗞称为自转角。由轴Oz和Oz′正端看,角ψ和嗞也都按逆时针方向计量。欧拉角(ψ,θ,嗞)的名称来源于天文学。 ![]() 三个欧拉角是不对称的,且在几个特殊位置上具有不确定性(当θ=0时,嗞和ψ就分不开)。对不同的问题,宜取不同的轴作基本轴,并按不同的方式量取欧拉角。 若令Ox′y′z′的原始位置重合于Oxyz,经过相继绕Oz、ON和Oz′的三次转动Z(ψ)、N(θ)、Z′(嗞)后,刚体将转到图示的任意位置(见刚体定点转动)。变换关系可写为: R(ψ,θ,嗞)=Z′(嗞)N(θ)Z(ψ),式中R、Z′、N、Z是转动算子,并可用矩阵表示如下: ![]() ![]() 刚体上任一点Q在两个坐标系中的坐标x、y、z和x′、y′、z′都可以通过矢径 ![]() x=x′cos(x,x′)+y′cos(x,y′)+z′cos(x,z′),y=x′cos(y,x′)+y′cos(y,y′)+z′cos(y,z′),z=x′cos(z,x′)+y′cos(z,y′)+z′cos(z,z′)。反变换只须在同名坐标间对调记号。 如果刚体绕通过定点O 的某一轴线以角速度ω转动,而ω在与刚体固连的活动坐标系Ox′y′z′上的投影为 ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() 由上式可以看出,如果已知ψ、θ、嗞和时间的关系,则可用上式计算角速度ω在活动坐标轴上的三个分量;反之,如在任一瞬时已知t和ω的各个分量,也可利用上式求出ψ、θ、嗞和时间t的关系,因而也就决定了刚体运动。我们通常把上式叫做欧拉运动学方程。 |
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