空间非合作目标惯性参数的Adaline网络辨识方法

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1、航空学报ActaAerOnautjcaelAstronauticaSinicaSep．252016V01．37No．92799-2808ISSN1000—6893ON11-1929／Vhttp：Hhkxb．buaa．edu．cahkxb@buaa．edu．cnDOI：10．7527／S1000—6893．2015．0349空间非合作目标惯性参数的Adaline网络辨识方法孙俊h2，张世杰1’*，马也3，楚中毅31．哈尔滨工业大学航天学院，哈尔滨1500012．上海航天控制技术研究所上海市空间智能控制技术重点实验室，上海2011093．北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院，北京100083摘要

2、：空间在轨操作中，航天器在对空间非合作目标的抓捕行动常常导致航天器本体的姿态和空间轨迹发生变化。为克服空间非合作目标对航天器本体动力学、运动学的影响，使控制系统做出精准及时的姿控策略调整，确保航天器正常在轨工作和轨迹姿态的高精度，需对抓捕的非合作目标的惯性参数进行辨识。针对传统辨识方法依赖广义逆求解导致的辨识过程运算量大，且数值容易产生剧烈振荡，造成辨识结果不稳定等不足，采用基于归一化最小均方(NLMS)准则的Adaline神经网络方法进行空间非合作目标惯性参数的辨识。首先，基于动量守恒理论建立抓捕后的航天器一机械臂一空间非合作目标系统模型；然后将辨识方程的系数矩阵作为网络的输入和输出，空间非

3、合作目标的惯性参数作为神经网络的训练权重，基于迭代步长可变的NLMS准则实现对目标惯量参数的快速、准确辨识；最后，在构造的AD—AMS／MATLAB联合仿真平台上进行了验证。仿真结果表明，基于NLMS准则的Adaline神经网络是一种快速、准确辨识目标惯量参数的有效方法。关键词：航天器；非合作目标；惯性参数；神经网络；辨识中图分类号：V441文献标识码：A文章编号：i000—6893(2016)09—2799—10在轨服务技术一直是空间技术中十分重要且竞争激烈的领域。在轨服务关键技术中L1]，无人参与的空间作业不但能够保障宇航员空问作业的安全，且大大降低了操作成本，因而成为了在轨服务技术的发展

4、潮流。无人参与的空间作业主要是通过空间机器人智能操作(捕获，对接，移动，控制)代替人工作业，来保证航天器的正常工作。空间机器人(机械臂)对空间非合作目标的在轨操作中，由抓捕任务中机械臂运动导致的航天器本体的动力学、运动学等特性的改变，致使航天器本体的在轨姿态和空间轨迹发生变化。这对轨道和姿态精度要求极高的在轨航天器控制系统提出了严峻的挑战。为了使姿态轨道控制系统做出精准的控制策略，保证航天器正常在轨运行，需要首先对所抓捕的空间非合作目标的惯性参数进行快速准确辨识。对空间目标物惯性参数的辨识一直是空间非合作目标抓捕系统的关键技术之一[2]。由于在太空环境下，机器人常常处于自由飞行或自由漂浮[3]

5、状态，航天器基座不固定，航天器本体和非合作目标产生强烈的耦合关系H]，无法测量非合作目标独立的动力学、运动学信息；在抓捕空间非合作目标的过程中，由于其质心未知，无法对未知物本身进行受力分析，也即无法通过对目标物单独施加外力收稿日期：2015—09．07；退修日期：2015—09—30；录用日期：2015-12-22；网络出版时间：2016-01—0615：41网络出版地址：WWW．cnki．net／kcms／detail／11．1929V．20160106．1541．004html基金项目：国家自然科学基金(51375034，61327809)；上海航天科技创新基金(SAST2015—075)

6、*通讯作者Tel：0451—86414117-8409E-mail：sjzhang@hitedu．cn引用梧武s孙俊．张世杰．马也．等空闻菲合作目标惯性参数的Adaline两络辨识力法[J]．航空学报，2016，37(9)：2799-2808SUNJ．ZHANGSJ，MAY，eta1．Adalinenetwork．basedidentificationmethodofinertialparametersforspaceuncooperativetargetsfJ]．ActaAeronauticaetAstronauticaSinica，2016，37(9)j2799-2808．2800航空学报

7、Sep．252016V01．37No．9的办法来实现对目标质量和质心的测量，地面上对物体惯性参数的测量办法到了空间就会变得失效。因此，针对空间参数辨识的强耦合、非线性等特点，需要采用系统的辨识方法，即将空间非合作目标看作航天器本体一机械臂一空间非合作El标这三者组成系统的一部分，通过分析系统的整体特性和可量测(航天器本体、机械臂)信息来求解未知部分即空间非合作目标的特性。航天器本体机械臂一空间非合