基于空间机械臂的航天器系统惯性参数辨识

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1、学校代码10530学号201230111727分类号V443.5密级公开硕士学位论文基于空间机械臂的航天器系统惯性参数辨识学位申请人文坤指导教师廖瑛、黄辉先教授学院名称信息工程学院学科专业控制科学与工程研究方向复杂系统过程建模与优化控制二Ο一五年五月二十日IdentificationofInertiaParametersfortheSpacecraftSystemwithaSpaceManipulatorCandidateWenKunSupervisorProf.LiaoYing&Prof.HuangHuixianColl

2、egeTheCollegeofInformationEngineeringProgramControlTheoryandEngineeringSpecializationComplexSystemModelingandOptimizationControlDegreeMasterofEngineeringUniversityXiangtanUniversitythDateMay20,2015湘潭大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研巧成果。除了文中特别加Ｗ标注

3、引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中！＾明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：？日期：月又。日节＾兴少年＾学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部口或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湘潭大学可Ｗ将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可采用影巧、缩印或扫摇等复制手段保存和汇

4、编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。■作者签名；：＾来日期年主月日宁导师签名日期．年日；＾ＪＴ月＾。摘要随着航天事业的发展，航天探索任务变得更加复杂化与多样化。在航天领域中，带有空间机械臂的航天器系统在执行空间任务时，往往要求航天器的轨道、姿态可控。然而，由于各种原因的存在，比如燃料的大量消耗、内置载荷的释放以及目标星的捕获等，都有可能导致航天器的惯性参数发生改变，从而致使航天器系统已有控制律失去效用。因此，研究航天器的惯性参数在轨辨识方法，对航天器的姿态控制，具有非常重要的意义。论文首先介绍了国内

5、外关于航天器惯性参数辨识所面临的问题以及已取得的成果。针对已有的辨识方法，系统的分析了各方法的优劣，得出基于空间机械臂的方法辨识航天器惯性参数的可行性与优势。论文以带有空间机械臂的航天器系统作为研究模型，对其进行了运动学分析，并基于拉格朗日方法进行了动力学建模。基于动量、动量距守恒原理推导得出了初始动量已知、未知情况下的航天器惯性参数辨识方法。该方法充分利用空间机械臂的大幅度变构运动促使航天器惯性进行重新分布，从而导致航天器速度发生变化。通过测量这些变化，基于动量守恒原理，构建出了线性回归模型，接着，利用递推最小二乘法对航

6、天器各惯性参数进行了分步辨识。通过对辨识方法的仿真验证实验，验证算法有效，然而同时得出该方法对扰动和机械臂轨迹比较敏感的结论。针对参数辨识性问题，作者根据矩阵分析理论，提出了利用最优激励下的空间机械臂轨迹运动对航天器惯性参数进行辨识的方法。通过利用基本参数集的方法对动力学模型进行转化，得到统一的线性回归模型，并将回归矩阵的条件数最小化作为空间机械臂轨迹的优化指标。在关节激励设定上，采用傅立叶级数对激励进行了参数化，然后结合轨迹约束问题，设定了初始轨迹作为目标函数初始值，随后利用模式搜索算法对目标函数进行优化，获得空间机械臂

7、的最优激励运动轨迹。最后同样对辨识方法进行了仿真实验，对比前后两种轨迹下的辨识结果，得出后者更优。论文最后对全文中所涉及到的理论、方法、研究进行了系统性的总结，并且确定了未来的研究方向。关键词：航天器；空间机械臂；动量守恒；最优激励；惯性参数IAbstractWiththedevelopmentoftheaerospaceindustry,aerospaceexplorationsbecomemorecomplexanddiversified.Inaerospaceexploration,spacecraftsystems

8、withspacemanipulatorintheperformanceoftasks,itoftenrequiresthatthespacecraftiscontrolledontheorbitandattitude.However,duetovariousreasons,suchasconsumpt