Математична модель динаміки рухливих об’єктів на основі кватерніонів

Abstract

Одним з основних завдань управління групами динамічних рухливих об’єктів є забезпечення їх узгодженого переміщення у просторі. Оптимізацію переміщень (руху) у просторі доцільно проводити з використанням математичних моделей – систем рівнянь руху. Переміщення будь-якого рухливого об’єкта можна подати як сукупність поступального та обертального руху, а швидкість об’єкта – як комбінацію поступальної та обертальної швидкостей. Останнім часом у літературі багато уваги приділяється опису обертального руху кватерніонами, поступальний рух частіше за все моделюють системами диференціальних рівнянь з урахуванням діючих сил та прискорень. За необхідності моделювати узгоджений рух багатьох об’єктів моделі перетворюються у складні і громіздкі системи диференціальних рівнянь, що не завжди можна легко розв’язати. У статті розроблено математичну модель та показано, що за допомогою кватерніонів можна моделювати як обертальний, так і поступальний рух об’єкта. При цьому сам рух подається як перетворення ортогональних базисів, а модель переміщення зводиться до операції множення кватерніонів. Працездатність моделі перевірено на моделюванні руху літальних апаратів.