欧拉角
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
的模和方向余弦来表出。两组坐标之间有如下变换关系: 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┡)。
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、、,则它们可用欧拉角及其微商表示如下:
=夗sinθsin嗞+夝cos嗞,
=夗sinθcos嗞-夝sin嗞,
=夗cosθ+夓。
)

