運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)

其實(shí)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)是一個(gè)比較大的系統(tǒng)，就像前面的通信系統(tǒng)一樣，通常會(huì)由眾多的組成部分構(gòu)成。運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)會(huì)綜合信號(hào)分析與處理、自動(dòng)控制、通信等的內(nèi)容。

運(yùn)動(dòng)的要素

抽象來講，運(yùn)動(dòng)的要素可概況為以下幾點(diǎn)：對(duì)象、參考系、狀態(tài)描述、狀態(tài)改變、動(dòng)力。因此，物體的運(yùn)動(dòng)，簡單來講就是對(duì)象物體在力的作用下，在特定的參考系下的狀態(tài)發(fā)生了改變。

在運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)階段，首先需要的就是對(duì)這里提到的這些運(yùn)動(dòng)要素以及相互間的聯(lián)系進(jìn)行明確，即“建模”的過程。“建模”是運(yùn)動(dòng)控制的基礎(chǔ)。

對(duì)象

對(duì)象就是我們進(jìn)行運(yùn)動(dòng)控制的實(shí)體。對(duì)于運(yùn)動(dòng)控制而言，對(duì)象通常是明確的。

不同的對(duì)象會(huì)表現(xiàn)出不同的特性，因此在受到力后會(huì)表現(xiàn)處不同的響應(yīng)，會(huì)出現(xiàn)不同的運(yùn)動(dòng)情況。通常我們需要對(duì)對(duì)象進(jìn)行充分的了解才可以進(jìn)行控制，而對(duì)對(duì)象進(jìn)行了解的過程稱為“建模”，即對(duì)對(duì)象受到力時(shí)表現(xiàn)出狀態(tài)改變的特性進(jìn)行認(rèn)知。

在實(shí)際的應(yīng)用中，對(duì)象在運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的不同設(shè)計(jì)階段有不同的簡化描述，這一點(diǎn)是要注意的。有時(shí)會(huì)把對(duì)象當(dāng)成一個(gè)質(zhì)點(diǎn)來看待，有時(shí)會(huì)把對(duì)象當(dāng)成一個(gè)有形狀的剛體來看待，有時(shí)會(huì)根據(jù)對(duì)象的真實(shí)形狀進(jìn)行描述。這一點(diǎn)會(huì)在下面的探討中進(jìn)行總結(jié)。

參考系

其實(shí)動(dòng)是相對(duì)的，因此對(duì)物體“動(dòng)”的描述的前提是確定物體對(duì)照的參考系中。在確定好參考系后其實(shí)就可以對(duì)物體進(jìn)行狀態(tài)描述了。“動(dòng)”就是指在該參考系下，對(duì)象的狀態(tài)發(fā)生了改變。因此我們可以看出，“動(dòng)”的描述一定依賴于參考系與狀態(tài)描述。

參考系是運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)，沒有明確參考系是無法對(duì)對(duì)象進(jìn)行明確的運(yùn)動(dòng)控制的。

“動(dòng)”的描述通常都不是唯一的，相同的對(duì)象，在不同的參照系下會(huì)有不同的描述。而且在實(shí)際應(yīng)用中，對(duì)象的參考系并不是只有一個(gè)，會(huì)存在很多不同的參考系，使對(duì)象在不同的情況下進(jìn)行合理描述。比如在無人機(jī)運(yùn)動(dòng)控制中就會(huì)經(jīng)常使用機(jī)體坐標(biāo)系、導(dǎo)航坐標(biāo)系、氣流坐標(biāo)系等。

參考系在數(shù)學(xué)中的描述是坐標(biāo)系，常見的坐標(biāo)系有：直角坐標(biāo)系、球坐標(biāo)系等。不同的坐標(biāo)系適用于對(duì)不同運(yùn)動(dòng)情況的描述，其中直角坐標(biāo)系最符合于人對(duì)空間的認(rèn)知，因此應(yīng)用比較廣。

狀態(tài)描述

在確定了參考系后就可以對(duì)對(duì)象在該參考系中的狀態(tài)進(jìn)行確定，對(duì)象的狀態(tài)在參考系中是唯一確定的，否者無法進(jìn)行明確的描述。

在不同的坐標(biāo)系下我們可能有不同的狀態(tài)描述，但這些狀態(tài)描述間的轉(zhuǎn)換關(guān)系一定是固定的、明確的，即對(duì)象在不同的坐標(biāo)系下的狀態(tài)描述可以進(jìn)行相互的轉(zhuǎn)換。而且在通常的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中，由于會(huì)進(jìn)行不同目的的運(yùn)動(dòng)控制，因此方便起見會(huì)應(yīng)用不同的坐標(biāo)系進(jìn)行運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的描述，然后通過坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換來實(shí)現(xiàn)相互的關(guān)聯(lián)。