结构突变航天器惯量参数在轨辨识方法

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作者 许诺 夏喜旺 +3 位作者 贺雄峰 范城城 李照雄 张永合 《航天控制》 CSCD 2024年第4期71-77,共7页

针对在轨服务的航天器惯量参数突变情况,提出了基于卫星在轨姿态测量及控制信息实现惯量参数实时辨识的方法,设计了递推最小二乘(RLS)及扩展卡尔曼滤波(EKF)辨识算法。在RLS算法中引入自适应遗忘因子,每次递推过程中通过分配先验数据和... 针对在轨服务的航天器惯量参数突变情况,提出了基于卫星在轨姿态测量及控制信息实现惯量参数实时辨识的方法,设计了递推最小二乘(RLS)及扩展卡尔曼滤波(EKF)辨识算法。在RLS算法中引入自适应遗忘因子,每次递推过程中通过分配先验数据和当前数据的权重确保产生突变后辨识值的及时跟踪;在EKF算法中明确先验预测协方差中参数变化的影响,将其代入更新预测协方差矩阵以应对惯量参数的突变。仿真结果表明,考虑惯量参数突变的场景,RLS算法和EKF算法的辨识精度可达1.5%和1%,辨识时间分别优于30 s和40 s;考虑惯量缓慢时变的场景,两种方法均可实现惯量参数的在轨实时辨识,辨识精度满足姿控系统需求。 展开更多

关键词 结构突变航天器 自适应递推最小二乘 扩展卡尔曼滤波 参数在轨辨识

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航天器质量特性参数的在轨辨识方法 被引量：33

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作者 徐文福 何勇 +2 位作者 王学谦 梁斌 刘宇 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第8期1906-1914,共9页

针对高精度姿态和轨道控制要求准确已知航天器质量特性的问题,提出了基于参数解耦的最小二乘法和基于PSO的非线性优化两种方法,以辨识航天器的质量、惯量和质心位置。第一种方法将惯量与质量和质心位置解耦后分别辨识;第二种方法则将参... 针对高精度姿态和轨道控制要求准确已知航天器质量特性的问题,提出了基于参数解耦的最小二乘法和基于PSO的非线性优化两种方法,以辨识航天器的质量、惯量和质心位置。第一种方法将惯量与质量和质心位置解耦后分别辨识;第二种方法则将参数辨识问题转换为非线性系统的全局优化问题,同时辨识出所有参数。所提出的方法均不需要假设航天器运动足够慢,克服了以往方法将待辨识参数的耦合关系强行分离的缺点,采用辨识后的参数明显提高了航天器姿态及轨道控制性能。仿真结果验证了方法的有效性。 展开更多

关键词 航天器 质量特性 在轨辨识 粒子群优化算法 非线性优化

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航天器转动惯量参数在轨辨识的最优激励 被引量：5

3

作者 杨雅君 廖瑛 刘翔春 《国防科技大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第5期39-43,130,共6页

根据矩阵分析理论研究了转动惯量参数的可辨识性问题,从姿态动力学方程导出关于未知参数的线性回归模型,将回归矩阵的条件数作为参数可辨识度的定量指标,以可辨识度最大为目标函数建立最优控制模型;应用解最优控制问题的伪谱法,计算控... 根据矩阵分析理论研究了转动惯量参数的可辨识性问题,从姿态动力学方程导出关于未知参数的线性回归模型,将回归矩阵的条件数作为参数可辨识度的定量指标,以可辨识度最大为目标函数建立最优控制模型;应用解最优控制问题的伪谱法,计算控制力矩陀螺的指令轨线,使得惯量参数的辨识精度和收敛速度显著提高;在仿真中采用双无迹卡尔曼滤波算法进行参数辨识,结果验证了所提出的最优激励设计方法可以改善参数辨识性能,同时该方法对先验信息误差具有鲁棒性。 展开更多

关键词 在轨辨识 转动惯量 可辨识度 回归模型 最优控制伪谱法 双无迹卡尔曼滤波

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仅利用输出信号的挠性航天器模态参数子空间在轨辨识算法 被引量：3

4

作者 黎康 张洪华 《航天控制》 CSCD 北大核心 2005年第2期27-30,35,共5页

为了在轨获得精确的挠性航天器模态参数,在子空间辨识算法的基础上,给出了一种仅利用输出信号的挠性航天器模态参数在轨辨识算法。其特点是输入信号不必是白噪声,且当输入信号不易测量时,只利用被噪声污染的输出信号就能进行模态参数的... 为了在轨获得精确的挠性航天器模态参数,在子空间辨识算法的基础上,给出了一种仅利用输出信号的挠性航天器模态参数在轨辨识算法。其特点是输入信号不必是白噪声,且当输入信号不易测量时,只利用被噪声污染的输出信号就能进行模态参数的在轨辨识。通过对哈勃太空望远镜(HST)和MiniMast 空间挠性结构两个算例的仿真,验证了算法的有效性和实用性。 展开更多

关键词 模态参数 在轨辨识 子空间 挠性航天器

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立方星剩磁在轨辨识与主动补偿技术 被引量：1

5

作者 李烨 郁丰 王群仰 《中国惯性技术学报》 EI CSCD 北大核心 2016年第3期342-348,共7页

立方星的姿态测量与控制系统常采用磁测磁控结合偏置动量轮的方案,整星剩磁干扰力矩是影响姿态控制精度的重要因素之一。提出了一种利用磁强计实现剩磁矩在轨辨识与利用磁力矩器实现剩磁矩主动补偿的新方案:基于磁强计输出和卫星姿态动... 立方星的姿态测量与控制系统常采用磁测磁控结合偏置动量轮的方案,整星剩磁干扰力矩是影响姿态控制精度的重要因素之一。提出了一种利用磁强计实现剩磁矩在轨辨识与利用磁力矩器实现剩磁矩主动补偿的新方案:基于磁强计输出和卫星姿态动力学建立了剩磁矩在轨辨识模型,并利用采样滤波器(UKF)提高单磁强计条件下的辨识效果;把控制对象简化成线性定常系统,分析了剩磁干扰力矩对姿态的影响数学模型,并针对磁力矩器和磁强计分时工作的特点,基于叠加性原理提出了基于角速度的剩磁矩主动补偿算法。仿真研究表明,在1000 s内剩磁矩在轨辨识精度为0.001 A×m^2量级,主动补偿后,偏航角、滚动角与俯仰角控制误差分别从4.3°、4.6°与2.1°均减少至0.4°以内。提出的方法为类似配置卫星减少剩磁干扰力矩的影响提供了一种新思路。 展开更多

关键词 剩磁 姿态测量与控制系统 在轨辨识 剩磁补偿

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基于GTLS的零动量卫星惯量矩阵在轨辨识

6

作者 林佳伟 王平 《空间控制技术与应用》 2009年第5期26-30,64,共6页

使用广义总体最小二乘(GTLS,generalized total least squares)方法对零动量卫星进行惯量矩阵在轨辨识.提出了GTLS算法的先验最小距离解的定义:当测量信息不足以确定唯一解时,解空间中最接近先验估计的解.给出了先验最小距离解的算法,... 使用广义总体最小二乘(GTLS,generalized total least squares)方法对零动量卫星进行惯量矩阵在轨辨识.提出了GTLS算法的先验最小距离解的定义:当测量信息不足以确定唯一解时,解空间中最接近先验估计的解.给出了先验最小距离解的算法,并应用于惯量矩阵在轨辨识.仿真结果表明了该辨识方法的有效性及先验最小距离解相对于最小范数解的优越性. 展开更多

关键词 零动量卫星 惯量矩阵 在轨辨识 广义总体最小二乘 先验估计

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利用改进TW-API方法在轨辨识挠性航天器时变模态参数 被引量：6

7

作者 倪智宇 邬树楠 +1 位作者 吴志刚 谭述君 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第7期769-776,共8页

考虑大型挠性部件运动导致的在轨航天器模态参数时变特性,提出一种改进的截断窗逼近幂迭代(TW-API)追踪方法。针对传统TW-API方法计算量较大的问题,改进的方法简化了数据处理中的矩阵递推过程,显著减少了在轨辨识过程的计算量和计算时... 考虑大型挠性部件运动导致的在轨航天器模态参数时变特性,提出一种改进的截断窗逼近幂迭代(TW-API)追踪方法。针对传统TW-API方法计算量较大的问题,改进的方法简化了数据处理中的矩阵递推过程,显著减少了在轨辨识过程的计算量和计算时间。还将该方法与经典投影估计子空间跟踪(PAST)方法和逼近幂迭代(API)递推方法进行了计算量对比与分析。为检验四种方法用于航天器模态参数辨识的效果,选取ETSVIII卫星为对象进行数值仿真。通过实际计算时间的比较,校验了改进TW-API方法在大型挠性航天器时变模态参数在轨辨识方面的有效性。 展开更多

关键词 模态参数辨识 大型挠性航天器 在轨辨识 时变系统

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变结构航天器动力学特性在轨辨识方法综述 被引量：7

8

作者 黄龙飞 尚志 柳宁 《航天器工程》 北大核心 2015年第3期100-106,共7页

动力学特性在轨辨识是对大型变结构航天器精确控制的基础和关键。首先,分析了国外在动力学特性在轨辨识领域的工程应用。其次,从在轨运行过程对动力学特性的影响出发,对在轨辨识方法的工程适用性进行了分析和评述,并总结了开展制约航天... 动力学特性在轨辨识是对大型变结构航天器精确控制的基础和关键。首先,分析了国外在动力学特性在轨辨识领域的工程应用。其次,从在轨运行过程对动力学特性的影响出发,对在轨辨识方法的工程适用性进行了分析和评述,并总结了开展制约航天器动力学特性在轨辨识方法工程应用的条件。最后,对航天器质量特性和模态参数在轨辨识方法的应用进行了总结,可为动力学特性在轨辨识方法在我国未来大型变结构航天器中的应用提供参考。 展开更多

关键词 变结构航天器 动力学特性 在轨辨识

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薄膜天线结构模态参数的在轨辨识 被引量：6

9

作者 吕娟霞 蔡国平 +2 位作者 彭福军 张华 吕亮亮 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2018年第6期82-85,共4页

采用特征系统实现算法(ERA)对薄膜天线结构模态参数的在轨辨识进行研究。对一种薄膜天线的结构形式进行简介,给出了ERA方法的基本原理,将ERA方法应用于薄膜天线结构的固有频率和模态的辨识。仿真结果显示,ERA方法可以有效地辨识出薄膜... 采用特征系统实现算法(ERA)对薄膜天线结构模态参数的在轨辨识进行研究。对一种薄膜天线的结构形式进行简介,给出了ERA方法的基本原理,将ERA方法应用于薄膜天线结构的固有频率和模态的辨识。仿真结果显示,ERA方法可以有效地辨识出薄膜天线结构的低阶固有频率和模态。 展开更多

关键词 薄膜天线结构 固有频率 模态 在轨辨识 特征系统实现算法(ERA)

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水轮机转子系统动力学参数在轨辨识方法

10

作者 陈俊 钟智 +3 位作者 薛建中 赵云峰 平金伟 肖亮 《中国农村水利水电》 北大核心 2023年第1期212-215,共4页

正确辨识水轮机转子系统动力学参数是研究水轮机转子系统可靠性、稳定性的关键,对提高水轮机组的运行安全有非常重要的意义。本研究对水轮机转子系统动力学参数的基础特性进行了划分与确定,将动力学相关参数与算法在水轮机、轴承、盘轴... 正确辨识水轮机转子系统动力学参数是研究水轮机转子系统可靠性、稳定性的关键,对提高水轮机组的运行安全有非常重要的意义。本研究对水轮机转子系统动力学参数的基础特性进行了划分与确定,将动力学相关参数与算法在水轮机、轴承、盘轴模型中体现,确定了圆盘结构为在轨辨识方法的核心结构。分析了常用的频域辨识法、动力学参数辨识法及智能算法下的参数辨识法,在传统辨识方法基础上提出了在轨辨识方法应用策略及减小辨识结果误差方法。利用对比实验验证了在轨辨识方法识别动力学参数的精准度和稳定性,结果表明:相比传统的瞬时功率计算辨识方法和电磁轴辨识方法,在轨辨识方法的适应能力提高了0.5个点,精准度提高了0.3 MW左右。 展开更多

关键词 动力学参数 在轨辨识 水轮机 辨识方法

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基于参数在轨辨识的组合体航天器姿态控制技术 被引量：4

11

作者 刘超镇 贺亮 +1 位作者 卢山 贾成龙 《上海航天》 2014年第6期1-5,66,共6页

面向在轨服务提出了一种组合体航天器的参数在轨辨识与控制方法。针对辨识参数估计误差相对较大、环境存在干扰力矩以及控制输入受限的情况,设计了一种自适应变结构控制算法,实现组合体航天器对干扰和参数不确定的鲁棒性,并保证了快速... 面向在轨服务提出了一种组合体航天器的参数在轨辨识与控制方法。针对辨识参数估计误差相对较大、环境存在干扰力矩以及控制输入受限的情况,设计了一种自适应变结构控制算法,实现组合体航天器对干扰和参数不确定的鲁棒性,并保证了快速和精确的响应。仿真结果表明设计方法有效,能满足控制指标要求。 展开更多

关键词 组合体航天器 在轨辨识 自适应变结构控制 姿态控制

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大角度机动下带挠性附件航天器转动惯量在轨辨识 被引量：8

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作者 何骁 谭述君 吴志刚 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第9期927-935,共9页

针对大角度机动情况下带挠性附件航天器转动惯量在轨辨识的问题,提出一种将转动惯量参数估计和挠性附件状态估计相结合的并发递推算法。该算法以大角度机动情况下带挠性附件航天器的非线性动力学模型为基础,分别利用广义卡尔曼滤波做挠... 针对大角度机动情况下带挠性附件航天器转动惯量在轨辨识的问题,提出一种将转动惯量参数估计和挠性附件状态估计相结合的并发递推算法。该算法以大角度机动情况下带挠性附件航天器的非线性动力学模型为基础,分别利用广义卡尔曼滤波做挠性附件振动模态的状态估计,最小二乘法做转动惯量的参数估计。最后通过并发递推算法将二者结合,完成了带挠性附件航天器的转动惯量参数辨识。为了提高算法的效率,采用一步最小二乘、多步广义卡尔曼滤波并发递推的算法。仿真结果表明,该辨识方法兼具高精度、高效率,并且算法有一定的抗干扰能力。 展开更多

关键词 挠性附件 转动惯量 在轨参数辨识 广义卡尔曼滤波 最小二乘

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太阳观测系统二维指向机构变形误差在轨辨识方法

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作者 王皓 王田野 +2 位作者 宋宵含 徐凯 许海玉 《航天器工程》 2025年第2期75-81,共7页

太阳观测系统由太阳观测载荷与二维指向机构组成,卫星在轨运行时,二维指向机构变形误差会对太阳观测载荷光轴指向确定精度造成影响。针对这一问题,提出一种变形误差在轨辨识方法。首先,对太阳观测系统内部变形误差传递过程进行数学建模... 太阳观测系统由太阳观测载荷与二维指向机构组成,卫星在轨运行时,二维指向机构变形误差会对太阳观测载荷光轴指向确定精度造成影响。针对这一问题,提出一种变形误差在轨辨识方法。首先,对太阳观测系统内部变形误差传递过程进行数学建模。其次,对数学模型中各坐标系间的变形误差参数给出在轨辨识方法。最后,通过数学仿真进行在轨变形误差模拟、变形误差参数辨识和光轴指向确定精度评估。仿真结果验证了文章提出方法的有效性,研究结果可为其他含二维指向机构的有效载荷提供参考。 展开更多

关键词 太阳观测系统 二维指向机构 变形误差 在轨辨识

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组合航天器转动惯量在轨两步辨识标定 被引量：7

14

作者 刘伟霞 熊智 +1 位作者 郁丰 姚小松 《中国空间科学技术》 EI CSCD 北大核心 2013年第2期32-40,共9页

在轨辨识转动惯量参数是主动航天器与非合作空间目标构成组合体后实现高精度姿态控制的重要前提,文章提出了一种两步在轨辨识组合航天器转动惯量参数的方法。第一步以航天器本体坐标系滚动轴转动惯量为基准将转动惯量矩阵归一化,得到特... 在轨辨识转动惯量参数是主动航天器与非合作空间目标构成组合体后实现高精度姿态控制的重要前提,文章提出了一种两步在轨辨识组合航天器转动惯量参数的方法。第一步以航天器本体坐标系滚动轴转动惯量为基准将转动惯量矩阵归一化,得到特殊的转动惯量比矩阵,建立与其相关的姿态动力学模型,提出了基于扩展卡尔曼滤波的在轨辨识算法,基于星上陀螺角速率测量信息在100s左右辨识出所有转动惯量比参数,克服了由于模型简单导致转动惯量信息辨识不完整的缺点;第二步基于第一步辨识得到的转动惯量比参数,采用最小二乘算法辨识得到滚动轴转动惯量值,计算量小,消耗能量少。最后给出仿真算例,辨识精度基本在1%之内,验证了方法的有效性。 展开更多

关键词 组合航天器 转动惯量 在轨辨识 扩展卡尔曼滤波 最小二乘

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基于深度学习的航天器组合体惯性参数在轨智能辨识 被引量：8

15

作者 金晨迪 康国华 +1 位作者 郭玉洁 乔思元 《中国空间科学技术》 EI CSCD 北大核心 2019年第2期1-12,共12页

针对在轨服务过程形成新组合体的动力学参数未知的问题,借助深度学习在多参数寻优上的优势,提出了一种基于卷积神经网络的智能参数辨识算法,实现在外力作用下,线动量和角动量不守恒条件下的航天器组合体多参数辨识。利用卷积神经网络权... 针对在轨服务过程形成新组合体的动力学参数未知的问题,借助深度学习在多参数寻优上的优势,提出了一种基于卷积神经网络的智能参数辨识算法,实现在外力作用下,线动量和角动量不守恒条件下的航天器组合体多参数辨识。利用卷积神经网络权值共享的特点,设计4层卷积神经网络,通过短时间内对大量特定存储形式的状态数据的训练,实现航天器组合体多参数快速高精度辨识。利用数学仿真试验对算法的可行性进行验证,结果表明:在24 s内,质量与质心位置收敛;1 190 s内,惯量参数收敛,辨识精度在3%以内。说明所提方法在外界随机干扰力和力矩影响下能准确快速辨识出航天器组合体质量、质心位置和惯量矩阵。 展开更多

关键词 深度学习 组合航天器 惯性参数 在轨辨识 卷积神经网络

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双太阳翼GEO卫星在轨角动量管控方法 被引量：3

16

作者 洪振强 俞洁 +4 位作者 刘伟 杨立峰 陆国平 施晨康 赵辉 《上海航天（中英文）》 CSCD 2021年第6期40-46,70,共8页

地球同步轨道(GEO)卫星在轨的主要环境干扰力矩为太阳光压力矩和重力梯度力矩,干扰力矩的累积效应表现为飞轮转速的变化,需要通过外力矩进行角动量卸载避免飞轮饱和。由于GEO磁场极弱,卫星无法使用磁力矩卸载,只能通过喷气卸载,而喷气... 地球同步轨道(GEO)卫星在轨的主要环境干扰力矩为太阳光压力矩和重力梯度力矩,干扰力矩的累积效应表现为飞轮转速的变化,需要通过外力矩进行角动量卸载避免飞轮饱和。由于GEO磁场极弱,卫星无法使用磁力矩卸载,只能通过喷气卸载,而喷气将对卫星轨道产生影响,因此需要尽可能延长卸载周期。针对配置双对称太阳电池阵GEO卫星的角动量管控需求,首先建立卫星在惯性空间中角动量积累模型,并映射到卫星本体系中,得到本体系中的角动量变化规律。通过飞轮在轨转速遥测数据,精确辨识获取环境干扰力矩特征参数,获得真实可靠的干扰模型。以角动量卸载周期最长为原则,基于在轨环境干扰模型制定角动量管控策略,并准确预估下次角动量卸载时间。经在轨数据处理与分析表明:提出的角动量管控策略,可有效将飞轮的角动量卸载周期提升为原来的2倍,有效提升卫星在轨应用效能,具有实际工程意义。 展开更多

关键词 GEO卫星 环境干扰力矩 在轨辨识 角动量管控 卸载周期

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基于飞轮控制的空间机器人质量参数辨识 被引量：3

17

作者 王超 杜小平 高永明 《航天控制》 CSCD 北大核心 2012年第3期51-55,共5页

针对空间机器人进行在轨辨识时存在精度不高、燃料消耗较大等问题,提出了基于飞轮控制的在轨辨识方法,可以有效地解决辨识时存在的问题。该方法采用飞轮控制作为激励方式,通过改变机械臂的构型使整个空间机器人系统的质量分布发生变化,... 针对空间机器人进行在轨辨识时存在精度不高、燃料消耗较大等问题,提出了基于飞轮控制的在轨辨识方法,可以有效地解决辨识时存在的问题。该方法采用飞轮控制作为激励方式,通过改变机械臂的构型使整个空间机器人系统的质量分布发生变化,分别测量构型改变后的角速度和线加速度,以计算出基座本体的质量、质心和转动惯量。此外,分析了机械臂与本体的质量比对辨识精度的影响。仿真结果表明,本文的方法可操作性强、精度较高,燃料消耗较小,可以应用于空间机器人的在轨辨识中。 展开更多

关键词 空间机器人 质量特性参数 飞轮控制 质量分布 在轨辨识

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航天工程领域的系统辨识 被引量：2

18

作者 山口功 葛西时雄 王存恩 《控制工程（北京）》 2003年第6期51-58,共8页

伴随人类在航天领域的活动不断拓宽以及航天应用的日趋多样化，要求从人造卫星、轨道服务飞行器到空间平台、空间站等空间基础设施都必须是多功能、高性能化的系统。这些空间基础设施，比如由美国牵头，有美、俄、欧空局(ESA)、日本。

关键词 航天工程领域 系统辨识 宇宙开发事业团 日本 激振点 时间延迟 ETS-Ⅵ 卫星模型 脉冲响应 在轨辨识实验

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星载天线反射面传感器多目标优化部署方案 被引量：1

19

作者 李文博 王有懿 +1 位作者 赵志刚 赵阳 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2012年第9期123-127,148,共6页

传感器数量和位置的优化部署,是实现大型星载天线在轨获取高精度模态参数亟待解决的关键技术。为克服以往研究中采用单一优化准则所带来的局限性和片面性,设计观测信息正交性最大和能量最大的双优化准则,引入NSGA-Ⅱ算法进行多目标传感... 传感器数量和位置的优化部署,是实现大型星载天线在轨获取高精度模态参数亟待解决的关键技术。为克服以往研究中采用单一优化准则所带来的局限性和片面性,设计观测信息正交性最大和能量最大的双优化准则,引入NSGA-Ⅱ算法进行多目标传感器优化部署求解。考虑到该算法仅适合连续性优化变量,存在收敛速度及多样性保持方面的不足,对其在编码方式和遗传算子设计两方面进行改进,并给出所有指标权重组合且分布均匀的Pareto最优解集。设计四种优化方案,进行仿真比较可得:基于改进NSGA-Ⅱ算法的星载天线传感器多目标优化部署方案,较其他三种方案在性能指标上更优,且该方案更加符合实际工程的多指标优化设计要求,保证优化结果具有更高的灵活性和适应性。 展开更多

关键词 星载天线 在轨辨识 传感器多目标优化部署 NSGA-Ⅱ

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