[发明专利]一种辨识组合体航天器质量、质心位置和惯性张量的方法有效

专利信息
申请号: 201910432774.4 申请日: 2019-05-22
公开(公告)号: CN110146224B 公开(公告)日: 2021-02-09
发明(设计)人: 吕跃勇;秦堂皓;解云鹤;刘昱晗;郭延宁;马广富;李传江;李坤 申请(专利权)人: 哈尔滨工业大学
主分类号: G01M1/12 分类号: G01M1/12;G01M1/00
代理公司: 哈尔滨市松花江专利商标事务所 23109 代理人: 杨立超
地址: 150001 黑龙*** 国省代码: 黑龙江;23
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摘要:
搜索关键词: 一种 辨识 组合 航天器 质量 质心 位置 惯性 张量 方法
【说明书】:

一种辨识组合体航天器质量、质心位置和惯性张量的方法,属于航天器的模型参数辨识领域。本发明为了解决在轨服务任务中捕获目标后产生的组合体航天器的质量、质心位置和惯性张量未知,从而无法实时对组合体航天器进行有效控制的问题。具体实现步骤如下:步骤一:航天器抓捕目标后形成组合体;步骤二:由步骤一中的航天器上的执行器对整个组合体航天器产生激励,得到组合体航天器的状态变化,继而根据激励输入和状态输出建立参数辨识数据库;步骤三:选择合适的辨识准则,计算待辨识参数。本发明能够只利用一个空间机械臂一步辨识出所有质量特性。

技术领域

本发明涉及一种辨识组合体航天器质量、质心位置和惯性张量的方法,特别涉及一种利用一个空间机械臂同时作为抓捕机构和激励源的辨识方法,属于航天器的模型参数辨识领域。

背景技术

在轨服务是通过整合检测、交会对接、以及调整卫星位置姿态等在轨活动的改善天基能力的过程,包括遥感、轨道机动、卫星救援、加注、升级、组装和维修等任务。在实际任务中,在轨服务航天器需要在满足燃料、时间、避碰等约束的条件下,对一个在已知轨道上运行、可能存在翻滚、模型及参数未知的目标,进行远距离探测、近距离观测与跟踪、捕获及组合体飞行、安全撤离飞行等操作。

在捕获及组合体飞行阶段,若捕获的目标与在轨服务航天器质量、大小相近,二者所构成的组合体相比于在轨服务航天器质量特性将发生巨大改变,目标势必会对在轨服务航天器的状态产生不可忽略的反作用,为在轨服务航天器的控制系统带来很大的困难,因此辨识组合体航天器的质量特性是组合体航天器控制问题的必要前提。

发明内容

本发明要解决的技术问题是:

本发明的目的是解决在轨服务任务中捕获目标后产生的组合体航天器的质量、质心位置和惯性张量未知,从而无法实时对组合体航天器进行有效控制的问题。

本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是:

一种辨识组合体航天器质量、质心位置和惯性张量的方法,所述方法包括:

步骤一:服务航天器通过空间机械臂抓捕目标航天器后三者形成组合体,所述组合体为组合体航天器,对组合体航天器的三个部分分别进行角动量建模,进而构建组合体航天器的角动量模型,所述角动量模型由空间机械臂各个关节的激励、组合体航天器的角速度、线速度的实时测量值和待辨识参数确定;

步骤二:通过步骤一中的服务航天器上的空间机械臂对整个组合体航天器产生激励,通过服务航天器上的敏感元件得到组合体航天器的状态输出:角速度、线速度的实时测量值,继而根据激励输入和状态输出建立参数辨识数据库;

步骤三:选择合适的辨识准则,计算待辨识参数:组合体航天器质量、质心位置和惯性张量;

根据步骤一所述模型写出任意两个时刻的组合体航天器角动量模型的表达式,将二者作差得到一个非线性方程,根据动量守衡原理,该非线性方程等于零,将参数辨识数据库中对应时刻的输入输出数据代入等于零的非线性方程中,此时非线性方程中所有未知数为待辨识参数,根据优化算法求解非线性方程的所有未知数的过程即计算待辨识参数的过程。

进一步地,在步骤一中,构建组合体航天器的角动量模型过程如下:

步骤(1):建立目标本体系,目标本体系原点位于抓捕点,三轴方向与最后一段机械臂连杆坐标系平行,由于机械臂与目标为刚性连接,无相对滑动与转动,且最后一段机械臂连杆坐标系与机械臂姿态有关,其相对于服务航天器本体系的姿态是可知的,因此该目标本体系是可知的,且与目标信息无关;

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