[发明专利]一种挠性卫星模态参数在轨辨识方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种挠性卫星模态参数在轨辨识方法。

背景技术

随着航天事业的发展，当代卫星结构越来越复杂，除了卫星主体部分外，增加了太阳能帆板以及各种用途的挠性附件。人们希望新一代的卫星能够拥有更高精度的指向能力，以完成复杂的空间任务，这就相应的增加了对控制系统的要求。

同时，随着挠性附件的复杂化以及对控制系统要求的提高，挠性卫星准确建模就变的十分重要。当前各类航天器需要承担的任务越来越多样化，构型也越来越复杂，比如机身、机翼以及太阳能帆板等都有成千上万个零件构成。同时出于很多因素的考虑，希望航天器的质量尽可能的轻，因此通常都选择低密度材料来制造太阳能帆板等挠性附件，这使得航天器的力学特性更加的复杂，同时对航天器的控制技术也提出了更高的要求。有限元分析法可以将一个大型复杂的结构分解为规模若干个小规模的结构，可以适应各种复杂的形状。因此该方法成为最初工程上广泛使用的方法。

当前阶段，我们有限元分析商用软件ANSYS,NASTRAN等可以方便的进行分析，利用有限元分析结合地面试验时，需测量结构参数，对结构运动学方程进行简化，在使用有限元分析法并结合地面试验的过程中无法对结构参数进行准确的测量，导致无法建立精确的动力学模型；同时还需要设法模拟太空的真实环境，然而在地面会由于地心引力、空气阻力等很多地面因素的影响，使得地面试验无法真实的模拟卫星在轨状态的太空环境，同时这其中还包括估算、综合的各种参数存在着误差的问题，因此识别精度受到了严重影响。比如JPL发射的探索木星的伽利略卫星在地面实验室中的频率误差为20％，振型误差为50％，

目前在轨辨识模态参数方法主要有频域法和时域法。频域法目前在研究工作状态下的辨识模态参数的频域方法较少，如峰值提取法、频域分解法以及频域多参考点模态识别法等方法。然而，峰值提取法无法辨识密集模态以及系统阻尼。频域分解法仅当输入激励为白噪声时，可以辨识成正交特性的模态参数，实际应用受到了极大的限制。频域多参考点模态识别法求解较为简单，计算量相对较小。然而却不可避免的仍存在着频域法辨识的共性问题：对噪声敏感，涉及复杂的复数运算，辨识精度以及时效性都较低，实际应用受到了严重影响。

当前阶段使用频域法实现在轨辨识模态参数时需要采样平均，耗时较长，使得该方法的时效性降低；并且将采集到的数据由时域变换到频域，意味着辨识精度相应降低。此外，频域法采用的峰值提取法难以辨识密频模态参数以及获取阻尼信息。

现有时域辨识方法在实际应用中相对比较普遍，主要包括Ibrahim时域法(Ibrahim Time Domain,ITD)，多个参考点复指数法(PRCE)以及特征系统实现算法(ERA)等方法。然而，Ibrahim时域法虽然有较为精确的辨识结果，却对噪声十分敏感，严重影响了对特征值以及特征向量的辨识精度；多个参考点复指数法(PRCE)虽然辨识精度较Ibrahim时域法有了较大的改善，却是基于提高模态辨识需要数据量的规模来实现的，时效性显著降低。特征系统实现算法(ERA)相比上述提到的两种时域辨识方法，具有辨识精度高、抗扰能力强的特点。然而在应用这种方法时，如果传感器数量配置过多，则会耗费较多的时间处理数据，时效性相应的降低；或者是由于干扰或传感器自身精度问题造成的测量值不准确时，辨识精度将大打折扣。

利用特征系统实现算法(ERA)辨识模态参数方法与频域法相比较，时域法在处理手段和估计密集模态、获取阻尼方面均具有一定的优势。同时，时域法不必将测试信号在时域与频域之间转换，在数据精度方面比频域法有优势，相应的辨识精度有所提高；此外，时域法可以不必需要激励数据，可以从响应数据中直接辨识模态参数。然而，时域法在获得一定成果的同时也面临着一定的重要问题：时域法没有自己独立的辨识方法，并且对噪声十分敏感，无法准确对模型定阶。因此频域法和时域法在实际应用中都受到很大的限制。

发明内容

本发明的目的是为了解决目前在工程中常使用有限元分析并结合地面试验的过程中无法建立精确的动力学模型，综合的各种参数存在着误差，影响识别精度、频域法实现在轨辨识模态参数时需要采样平均，耗时较长，时效性低；采用的峰值提取法难以辨识密频模态参数以及获取阻尼信息，辨识精度相应降低，以及时域法没有独立的辨识方法，对噪声十分敏感，无法准确对模型定阶等问题而提出的一种挠性卫星模态参数在轨辨识方法。

上述的发明目的是通过以下技术方案实现的：

步骤一、在外界诸多干扰不影响挠性卫星姿态稳定的前提下，于每个采样周期T平均准确的采集到执行机构施加到挠性卫星体上的力矩和挠性卫星体相对惯性坐标系的角速度信息；