已知2个坐标系P和Q,坐标系Q按照3-2-1的次序依次旋转30°120°、45°可与坐标系P重合,求两个坐标系的方向余弦阵。若坐标系Q按照2-1-3的次序依次旋转a、B、”三个角度,可与P系重合:求a、B、”。(建议用Matlab推导公式和求解

时间: 2024-09-29 19:04:13 浏览: 31
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10-2《微积分A》期中试题1

两个坐标系之间的方向余弦阵(Direction Cosine Matrix, DCM)描述了从一个坐标系到另一个坐标系的旋转过程。假设我们有原始坐标系P的单位向量为 \( \mathbf{i_P}, \mathbf{j_P}, \mathbf{k_P} \),而目标坐标系Q需要经过一系列的旋转才能达到P的位置。 首先,我们知道Q经过30°、120°和45°的旋转序列可以到达P系。对于这样的旋转,我们可以分步计算: 1. 首先,对Q的\( \mathbf{i_Q} \)轴进行30°旋转,形成新的\( \mathbf{i_{Q1}} \): \( \mathbf{i_{Q1}} = \cos(30^\circ)\mathbf{i_Q} + \sin(30^\circ)\mathbf{j_Q} \) 2. 然后,将结果作为新的X轴,对\( \mathbf{i_{Q1}} \)再做120°旋转得到\( \mathbf{i_{Q2}} \): \( \mathbf{i_{Q2}} = \cos(120^\circ)\mathbf{i_{Q1}} - \sin(120^\circ)\mathbf{k_Q} \) 3. 最后,对\( \mathbf{i_{Q2}} \)做45°旋转得到最终的\( \mathbf{i_P} \): \( \mathbf{i_P} = \cos(45^\circ)\mathbf{i_{Q2}} + \sin(45^\circ)\mathbf{j_{Q2}} \) 同理,我们可以递归地计算出\( \mathbf{j_P}, \mathbf{k_P} \)。然后,将这些向量转换成对应的DCM矩阵。 如果Q系按照2-1-3的顺序旋转,我们需要同样的步骤,但是角度为a、B和未知角度c。假设旋转后的三轴分别为\( \mathbf{i_{P'}} = (\cos(a), \sin(a)), \mathbf{j_{P'}} = (\cos(B), \sin(B)), \mathbf{k_{P'}} = (\cos(c), \sin(c)) \)。 由于没有具体的数值,无法直接计算,但我们可以通过Matlab编写脚本来解决这个问题。在Matlab中,你可以创建函数来处理每个旋转步骤,最后组合起来得到完整的旋转矩阵。以下是简单的伪代码框架: ```matlab function dcm = calculate_DCM(angle_sequence) % 初始化DCM矩阵 dcm = eye(3); for i = 1:length(angle_sequence) angle = angle_sequence(i); % 根据角度应用旋转矩阵 if ischar(angle) % 如果是文字描述,可能需要解析角度值 % 解析并替换 angle = ...; end rotation_matrix = rotation_matrix(angle); % 定义旋转函数 dcm = *dcm, rotation_matrix; end end % 确定旋转矩阵函数 rotation_matrix = @(angle) [cos(angle), -sin(angle), 0; sin(angle), cos(angle), 0; 0, 0, 1]; % 调用函数并给出a、b、c的值 angle_sequence = [a, B, c]; dcm = calculate_DCM(angle_sequence); ``` 你需要填写缺失的部分(如角度值解析),然后运行此脚本来获取最终的DCM矩阵。
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