[发明专利]一种星-臂耦合系统的主星姿态预报方法及系统

说明书

本发明实施例公开了一种星‑臂耦合系统的主星姿态高精度预报方法，包括如下步骤：先建立目标仿真模型和主星姿态补偿模型；再分别获取主星姿态角的原始预测值以及滚动修正后的修正预测值；然后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，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。本发明能够更好的比较修正预测值对主星姿态角预报的准确性。

技术领域

本发明实施例涉及机器人技术领域，具体涉及一种星-臂耦合系统的主星姿态预报方法及系统。

背景技术

空间机器人已经成为在轨操作和在轨服务的高技术装备，星-臂耦合系统主星姿态对在任意机械臂构型下的位姿有重要影响，因此准确的预测基座的姿态，对于执行空间机器人的在轨任务非常重要。

由于空间机器人在轨飞行时，燃料消耗不可避免，随着燃料的消耗，星-臂耦合系统的动力学参数(如质量、转动惯量、质心等)都会发生改变，而针对于动力学参数发生改变的星-臂耦合系统，在相同的机械臂运动路径下，如果对动力学参数没有补偿控制(比如喷气)的手段，自由基座产生的姿态变化会与预计的不同，这将严重影响到空间人物的执行安全。

现有一些辨识方法，通过较准确的辨识基座参数，从而改进动力学预报的精度，然而辨识方法不管如何有效，总是会有残余误差，这种误差会随着预报时间的不断增加而累积，当预报时间增加时，累积的误差不能得到有效消除，则仍然会带来严重隐患。例如，在长延时的遥操作条件下，一段时间内无法获取当前信息，必须预报当前的主星姿态信息，因此，当前时刻主星姿态预报尤其重要，同样的，对于未来时刻的预报也同样具有重要意义。

对此问题，利用滚动修正的思路，不断改变星-臂耦合系统的预测模型参数来进行解决，但是，其预结果都是将姿态角、姿态角速度各自的三个分量进行分别统计，并且统计主星姿态角的仿真值、辨识值的相对误差时，是采取直接求某一时刻的角度偏差值与实际值的比值的办法；而事实上，在空间坐标系中，姿态角本身是可以通过改变其初始朝向而人为定义的，因此对于采用大量随机初始条件进行的实验而言，若要比较修正预测值相对于原预测值的改进，这一指标显得不够稳定，预报精度还有待提升。

发明内容

为此，本发明实施例提供一种星-臂耦合系统的主星姿态预报方法，以解决现有技术中基于预报结果的统计方式在比较修正预测值相对于原预测值的改进，这一指标显得不够稳定的问题。

为了实现上述目的，本发明的实施方式提供如下技术方案：

在本发明实施例的第一个方面，提供了一种星-臂耦合系统的主星姿态高精度预报方法，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。

作为本发明实施例的一种优选方案，所述步骤400和步骤500具体包括：