某大结构变化空间飞行器转动惯量在轨估计.pdf

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1、上海航天AERoSPACESHANGHAI2011年第2期文章编号：1006。1630(2011)02—0022一05某大结构变化空间飞行器转动惯量在轨估计李广兴，肖余之(上海宇航系统工程研究所，上海201108)摘要：针对某空间飞行嚣在轨运行时转动惯量变化大的特点，对其转动-喷量的在轨估计方法进行了研究。基于姿态动力学模型建立状态方程，用陀螺测得的角速度、推力标称值和推力作用点的位置信息构造量测，用最小二乘法估计转动惯量。仿真结果证明了算法的有效性，误差小于5％。估计算法计算简单，估计时间和所用燃料

2、消耗少，工程上易于实现。关键词：空间飞行器；大结构变化；推力器；转动惯量；在轨估计中图分类号：V448．22文献标志码：AEstimationOn．Li玳forInertiaTensorofSpaceVehiclewithLargeStructuralChangeLIGuang—xing，XIAOYu—zhi(ShanghaiAerospaceSystemEngineeringInstitute，Shanghai201108，China)Abstract：Accordingtothecharacter

3、isticsofthelargevariationofinertiatensorforsomecomplexvehicle，theestimatingmethodoftheinertiatensorinorbitwasstudiedinthispaper．Thestateequationwasestablishedbased、ontheattitudedynamicsequation，andtheobservationwasobtainedfromthemeasurementsoftheangular

4、velocity，thenominalmagnitudeofthethrusterandthepositionvectorofpointofaction．Theinertiatensorcouldbeestimatedbytheleastsquaresmethod．Thesimulationresultsshowedthatthismethodwascorrect，whichwassimplecalculation，alittleofconsumptionoffuelandshortestimatin

5、gtimewithintheerrorlessthan5％．Themethodwaseasytoberealizedinengineering．Keywords：Spacevehicle；Largestructuralchange；Thruster；Inertiatensor；Estimationon—line0引言随着航天技术的不断发展，空间飞行器的结构越来越复杂，任务越来越多，对控制精度的要求越来越高。结构的复杂性表现为飞行器常有大挠性太阳帆板、大挠性天线和各种有效载荷；任务的多样性导致飞行器的结

6、构经常发生改变，如飞行器载荷释放、卫星回收、空间站与载人飞船或货运飞船对接等任务。姿态和轨道控制系统是保证任务成功的一个重要子系统，任务的复杂性和多样性要求控制算法不作较大的改变就能适应大范围的转动惯量、质心和质量等质量特性参数的变化，因此需要这些参数的信息已知，而通常飞行器在轨结构的改变造成这些收稿日期：2009一05一04；修回日期：2009一06一02作者简介：李广兴(1978一)，男，博士，工程师，主要从事航天器姿态确定和智能自主控制的研究。参数均为未知。对空间飞行器质量特性参数的估计技术进行

7、了大量研究。文献[1]基于推力器建立了动力学模型，．将转动惯量各分量的逆和质心作为待估变量，以陀螺为测量传感器，应用二阶滤波器进行估计；文献[2]基于控制力矩陀螺的动力学模型，以速率陀螺和加速度计为测量传感器，对转动惯量、质心和质量进行估计，并利用空间站的数据进行仿真；文献[3]通过航天器机动建立转动惯量与角动量间的关系，用最小二乘法进行估计，并通过在轨数据验证算法；文献[4]用角动量守恒确定Cassini航天器的转动惯量；文献[5]基于满足欧拉方程的方法估计动力学参数；文献[6]总结了质量特性参数在

8、轨估计算法，并于2006～2008年间在空间站上进行了质量特性估计试验。上述研究中多数算法均基于推力器为执行机构，量测量一般为星体角速度和加速度，估计方法2011年第2期李广兴，等：某大结构变化空间飞行器转动惯量在轨估计23有最小二乘法和卡尔曼滤波法，估计精度一般为相对误差小于5％。本文针对某空间飞行器转动惯量变化大的特点，对其转动惯量的在轨估计技术进行了研究。1动力学方程基于推力器执行机构，空间飞行器挠性动力学方程可表示为f。肠+F。而+∞×J∞=．{