[发明专利]一种星-臂耦合系统的主星姿态预报方法及系统

权利要求书

1.一种星-臂耦合系统的主星姿态预报方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤100、依据所述星-臂耦合系统获取空间机器人的主星-机械臂耦合系统运动学方程，并建立目标仿真模型和主星姿态补偿模型；

步骤200、基于主星姿态补偿模型获取主星姿态角的预测值，即为原始预测值；

步骤300、基于主星姿态补偿模型不断滚动修正所述目标仿真模型的等效线性参数，进而预报未来时刻的预测响应，记为修正预测值；

步骤400、比较并评价所述修正预测值相较原始预测值的预测精度，

定义主星姿态角预测值在某一时刻t的相对误差为：该时刻t主星姿态角预测值的绝对误差，与历史T时间段内主星姿态角实测值的积分之比，其中T为预报时长，绝对误差为某一时刻t预测值与实测值的差值；

步骤500，定义所述相对误差为从滚动修正开始稳定生效时起至测试结束，计算每时刻相对误差的误差均值；根据误差均值评价所述修正预测值的预测精度，进而更准确的预报未来时刻的主星姿态；

所述目标仿真模型和所述主星姿态补偿模型建立方法包括：

通过获得主星姿态角速度与机械臂关节角速度的等效线性关系式，以机械臂关节角速度为系统激励，获取主星姿态角速度的仿真响应，即为目标仿真模型；

获取所有历史时刻的主星姿态角速度的仿真响应和实测响应，并通过对所有历史数据的实测/仿真响应比加权求和获取不断更新的当前时刻的实测/仿真响应比，即为主星姿态补偿模型；

所述主星姿态补偿模型的建立方法包括：

设星-臂耦合系统从t₀时刻开始运转，当前时刻为t_K，获取过去t₀～t_K时间段内每一时刻主星姿态角速度的仿真响应和实测响应并求得任意一历史时刻对应的实测/仿真响应比

对t_K时刻之前[t₀,t_K]区间内所有历史数据进行加权求和得到当前时刻实测/仿真响应比即令当前时刻实测/仿真响应比：

其中，w(t)为加权权值，令在离散情况下，化为如下形式：

其中，t_K＝t₀+KΔt，而Δt＝t_k+1-t_k,k＝0,1,2...为离散时间步长，同样，令加权权值w(t_k)满足获取预测响应

其中为用于修正未来某一时刻t∈(t_K,t_K+T]仿真响应的预测/仿真响应比，直接取作当前时刻实测/仿真响应比

2.根据权利要求1所述的一种星-臂耦合系统的主星姿态预报方法，其特征在于，所述步骤400和步骤500具体包括：

令所述相对误差：

其中为某一时刻t的原始预测值；为某一时刻t的实测值；修正预测值；

上式在离散情况下化为如下形式：

其中t_K为当前时刻，Δt为数据采样周期，也即系统获取实测值的周期；

进一步获得所述误差均值：

其中为当次实验的终止时刻，定义从起始时刻，2倍的预报时长T之后稳定生效。

3.根据权利要求2所述的一种星-臂耦合系统的主星姿态预报方法，其特征在于，所述主星姿态补偿模型中当前时刻的实测/仿真响应比基于递推最小二乘法实时滚动修正，具体方法包括：

取预测响应为参数估计模型中的输出变量，取历史时刻的仿真响应为参数估计模型中的输入变量取响应比Θ_ji为待估计参数θ，在t_K时刻的迭代结果θ(t_K)即为所要估计的当前时刻实测/仿真响应比代入最小二乘法的递推公式，得到下述参数估计模型:

其中的初值设为1，R为参数估计模型的迭代中间参数，不具备实质定义，P的初值为一个足够大的正实数，获取后续每个时刻的仿真响应和实测响应，并依据参数估计模型实时更新对应的K、P和θ。