[发明专利]一种大型三轴气浮台转动惯量在线辨识系统及惯量算法

说明书

本发明提供了一种大型三轴气浮台转动惯量在线辨识系统及惯量算法，属于控制技术领域。本发明包括：三轴气浮台转动惯量辨识系统的设计方案和三轴气浮台转动惯量算法推导。三轴气浮台转动惯量辨识系统的设计方案，包括：数据处理系统、显示系统、支持与保护系统、三轴气浮台姿态测控系统、无线传输系统、调平衡系统和供电系统。本发明一种大型三轴气浮台转动惯量在线辨识技术，能够对用于各系统的不同大质量气浮台进行转动惯量的在线辨识，相较于已有的其他方案，可以在线的辨识转动惯量，并且在辨识过程中不需要对硬件结构进行变动。

技术领域

本发明涉及大型三轴气浮台转动惯量在线辨识技术，属于控制技术领域。

背景技术

三轴气浮台的转动惯量是其完成在地面对航天器仿真任务的重要物理量。三轴气浮台在安装好各类测量仪器后，需要对其进行调整平衡才可以工作，这一条件决定了三轴气浮台的转动惯量很难通过直接对质量进行分析得到，所以需要在气浮台安装好后对其转动惯量进行辨识，为其他算法中对气浮台转动惯量有需求的测量任务提供了基础。

申请公开号：CN105987788A、申请公布日2016年10月05号，公布了《三轴气浮台台体转动惯量在线识别装置》，利用六个质量块移动装置分别沿着三坐标轴进行三次等距移动的方法来完成对转动惯量特性的在线辨识，通过成对的质量块等距移动实现质心位置不变的前提下识别气浮台转动惯量。但是其需要对气浮台上的质量块进行移动，无法在不改变气浮台整体的情况下测量，并且在移动过程中很难保证气浮台质心依旧保持在气浮台回转中心，三次移动的过程中如果质心产生偏移会产生重力干扰力矩影响测量过程。

申请公开号：CN102620886A、申请公布日2012年08月01日，公布了《两步在轨辨识组合航天器转动惯量估计方法》选取航天器某一方向转动惯量作为基准，对转动惯量进行了归一化处理，通过EKF对系统状态量进行滤波估计，采用最小二乘法进行辨识，但是需要将测量数据得到后进行离线辨识，不能进行在线辨识。

硕士学位论文《卫星及气浮台质量特性的在线辨识算法研究》，作者：王书廷2006年6月发表，以推力器作为执行机构，给出了考虑干扰力矩的气浮台转动惯量在线辨识方法，但是其用于仿真的气浮台转动惯量较小，并且对输入信号的具体选取方法不够详细。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述现有技术存在的问题，进而提供一种大型三轴气浮台转动惯量在线辨识技术。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本实施例所涉及的一种大型三轴气浮台转动惯量在线辨识系统，包括，数据处理系统、显示系统、支持与保护系统、三轴气浮台姿态测控系统、无线传输系统、调平衡系统和供电系统。上述各系统之间的关系如下：数据处理系统对台上测控系统传来的输出信号进行数据处理以辨识转动惯量，显示系统对数据处理系统处理的数据在线显示，支持与保护系统保证三轴气浮台工作时安全性和可靠性，三轴气浮台姿态测控系统用于得到了地面微干扰力矩的环境，在地面模拟航天器的测量以及其姿态的控制，无线传输系统用与台上测控系统和台下上位机系统的信息交换，调平衡系统保证了三轴气浮台质心与气浮球回转中心重合，供电系统为三轴气浮台姿态测控系统和调平衡系统进行供电。

三轴气浮台转动惯量算法：

转动惯量测量一次算法

辨识转动惯量的方案如下：利用飞轮作为系统的执行器向气浮台输入，通过陀螺仪测量角速度作为系统输出，由此建立下面动力学方程：

其中J_f为飞轮的转动惯量，ω_f为飞轮的转速，J为气浮台的转动惯量，ω为气浮台的角速度。在公式(2)中由于转动惯量很大并且辨识过程中始终以小角度进行姿态控制，故消除该公式中小量，并修改输入输出的位置可以得到：