一种平台在轨标定方法技术

一种平台在轨标定方法，特别是一种六自由度Gough‑Stewart平台在轨标定方法，通过补偿主动指向超静平台的作动器力系数，降低主动指向超静平台的作动器载荷三轴姿态耦合系数。包括步骤：根据归一化处理的载荷整体的三轴姿态、三轴主惯量，确定载荷整体的质心三轴实际受到的合力矩归一化结果；根据归一化处理的载荷质心的平动位移，归一化处理载荷质心三轴实际作用力。根据归一化处理的载荷质心的平动位移和归一化处理载荷质心三轴实际作用力，迭代计算给出作动器力系数的最优解。根据辨识的作动器力系数补偿主动指向超静作动器驱动电流，实现主动指向超静平台的载荷三轴姿态解耦，降低三轴姿态耦合系数。

【技术实现步骤摘要】
一种平台在轨标定方法
本专利技术属于航天器姿态控制领域，涉及一种平台在轨标定方法。
技术介绍
目前，航天器光学载荷高精度指向、高稳定度控制离不开准确的运动学参数。而由于作动器中各个作动器中的电机反电势系数不一致，导致在相同的输入条件时，各个电机输出的力各有区别。这使得载荷三轴姿态有明显耦合。因此，必须进行载荷姿态解耦的作动器力系数标定，降低载荷三轴姿态耦合系数。单个作动器力系数标定方法存在以下不足：1、在现有超静平台载荷高精度控制中，通常只进行单个作动器的力系数标定，无法实现多个作动器力系数的集中标定；2、现有的标定技术在多个作动器标定过程中需要同时获得载荷质心姿态和质心平动位移。当载荷质心平动位移无法获取时，现有标定方法难以实现多个作动器力系数的准确标定。3、多个作动器构成的主动指向超静平台，其平台构型误差的存在直接影响着载荷三轴姿态误差。现有技术的单个作动器力系数标定方法没有标定载荷质心雅克比矩阵Jp构型偏差引起的载荷姿态误差，即不能解决载荷质心雅克比矩阵Jp实际值与理论设计之间的差异而带来的载荷姿态偏差问题。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种平台在轨标定方法，能够实现载荷三轴姿态耦合系数大幅度降低，为航天器光学载荷高精度指向、高稳定控制、快速稳定控制提供技术基础。本专利技术的技术解决方案是：一种平台在轨标定方法，包括步骤如下：1)将平台搭载的所有载荷作为整体，求取整体的质心作为载荷等效质心，根据载荷等效质心的三轴姿态、三轴主惯量，确定载荷等效质心三轴实际受到的合力矩归一化结果τreal，norm；根据载荷等效质心的平动位移rp，确定载荷等效质心三轴实际作用力归一化结果Freal，norm；2)迭代修正作用力归一化结果，根据合力矩归一化结果和合力矩期望值τr＝[τ1τ2τ3]寻找作用力归一化结果趋近于0的最优解，τ1，τ2，τ3分别为载荷等效质心的滚动轴、俯仰轴和偏航轴力矩期望值；3)根据作用力归一化结果趋近于0的最优解和合力矩归一化结果确定作动器力系数，完成标定。所述根据合力矩归一化结果和合力矩期望值τr＝[τ1τ2τ3]寻找作用力归一化结果趋近于0的最优解的方法，具体为：21)根据合力矩归一化结果和作用力归一化结果确定指标函数Jreal；22)判断指标函数Jreal绝对值是否小于临界值，若小于临界值，则该指标函数Jreal中的作用力归一化结果确定为最优解；若不小于临界值，则进入步骤23)；所述临界值小于10-3。23)迭代修正作用力归一化结果，重复步骤22)直至获得作用力归一化结果的最优解。所述指标函数Jreal具体为：Freal,norm(n)＝[FrealxFrealyFrealz]，τreal,norm＝[τrealxτrealyτrealz]，τr＝[τ1τ2τ3]，Freal,norm(0)＝Freal，norm，其中，下脚标realx,realy,realz分别表示载荷等效质心的滚动轴、俯仰轴和偏航轴上的分量，τ1，τ2，τ3分别为载荷等效质心的滚动轴、俯仰轴和偏航轴力矩期望值，n＝0,1,2,...。所述迭代修正作用力归一化结果的方法，具体为：其中，kreal为作用力归一化结果更新系数，取值范围为(-1，1)，t为时间。所述平台为六自由度Gough-Stewart平台；所述步骤3)确定作动器力系数α＝[α1…α6]的具体方法为：其中，βij为β矩阵的第i行第j列的元素，β＝(JpT)-1,Jp为载荷等效质心雅克比矩阵；当βi,3+k＝0时，αi＝1，i＝1，2，...，6，j＝1,2,...,6，k＝1,2,3。所述步骤1)确定载荷等效质心三轴实际受到的合力矩归一化结果τreal，norm的方法，具体为：τreal，norm＝k2·θpnorm·Ipnorm，其中，θp＝[θpx,θpy,θpz]为载荷等效质心三轴耦合姿态测量值，Ipx,Ipy,Ipz分别为载荷等效质心滚动轴、俯仰轴和偏航轴主惯量测量值，k2为载荷等效质心转动刚度系数，根据平台作动器的刚度获得。所述步骤1)确定作用力归一化结果Freal，norm的方法，具体为：Freal，norm＝(k1·rpnorm)·m，其中，rpx,rpy,rpz为分别为载荷等效质心滚动轴、俯仰轴和偏航轴的平动位移设计值，rpx,rpy,rpz的取值范围均为(-0.1～0.1)；m为载荷质量，k1为载荷等效质心三轴的平动位移的刚度系数，根据平台作动器的刚度获得。本专利技术与现有技术相比的有益效果在于：1)建立6个作动器力系数α的标定模型，通过建立指标函数，求解载荷质心作用力的最优解，实现多个作动器力系数集中标定，实现多个作动器力系数不一致的统一，实现多个作动器力系数的辨识标定。2)本专利技术不需要测量载荷质心平动位移，通过采用设置载荷质心平动位移初始值，通过迭代方式寻找载荷质心三轴作动力的最优解，使得载荷质心三轴作动力实际值与期望值之间的误差最小。在此基础上，获得作动器力系数的最优解，提高作动器力系数标定精度。3)载荷三轴姿态中包含因载荷质心雅克比矩阵Jp构型偏差引起的载荷姿态偏差。本专利技术仅通过测量载荷三轴姿态，就能够补偿载荷质心雅克比矩阵Jp构型偏差引起的载荷姿态误差。附图说明图1为本专利技术方法的流程图。具体实施方式本专利技术采用图1所示流程完成主动指向超静平台的载荷姿态解耦作动器力系数标定方法。1)将平台搭载的所有载荷作为整体，求取整体的质心作为载荷等效质心，根据载荷等效质心的三轴姿态、三轴主惯量，确定载荷等效质心三轴实际受到的合力矩归一化结果τreal，norm；根据载荷等效质心的平动位移rp，确定载荷等效质心三轴实际作用力归一化结果Freal，norm；2)迭代修正作用力归一化结果，根据合力矩归一化结果和合力矩期望值τr＝[τ1τ2τ3]寻找作用力归一化结果趋近于0的最优解，τ1，τ2，τ3分别为载荷等效质心的滚动轴、俯仰轴和偏航轴力矩期望值；3)根据作用力归一化结果趋近于0的最优解和合力矩归一化结果确定作动器力系数，完成标定。所述根据合力矩归一化结果和合力矩期望值τr＝[τ1τ2τ3]寻找作用力归一化结果趋近于0的最优解的方法，具体为：21)根据合力矩归一化结果和作用力归一化结果确定指标函数Jreal；22)判断指标函数Jreal绝对值是否小于临界值，若小于临界值，则该指标函数Jreal中的作用力归一化结果确定为最优解；若不小于临界值，则进入步骤23)；23)迭代修正作用力归一化结果，重复步骤22)直至获得作用力归一化结果的最优解。具体方法如下：(1)建立作动器平动位移与载荷质心广义位移的运动学模型，具体为：δL＝Jp[rpθp]T其中，δL为作动器的位移，rp为载荷质心的平动位移，θp＝[θpx,θpy,θpz]为载荷的三轴耦合姿态测量值。Jp为载荷质心雅克比矩阵。(2)建立作动器输出力、作动器力系数α与载荷质心广义力动力学模型具体为：其中，fr＝[fr1,…,fr6,]T为六个作动器的期望输出力；Freal为载荷质心三轴实际作用力，τreal为荷质心三轴实际受到的合力矩。(3)作动器期望输出力与实际输出力模型利用主动指向超静作动器位移和载荷质心的运动学方程、作动器输出力和载荷质心受到的合成力、力矩方程本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种平台在轨标定方法，其特征在于，包括步骤如下：1)将平台搭载的所有载荷作为整体，求取整体的质心作为载荷等效质心，根据载荷等效质心的三轴姿态、三轴主惯量，确定载荷等效质心三轴实际受到的合力矩归一化结果τreal，norm；根据载荷等效质心的平动位移rp，确定载荷等效质心三轴实际作用力归一化结果Freal，norm；所述三轴为载荷等效质心的滚动轴、俯仰轴和偏航轴；2)迭代修正作用力归一化结果，根据合力矩归一化结果和合力矩期望值τr＝[τ1 τ2 τ3]寻找作用力归一化结果趋近于0的最优解，τ1，τ2，τ3分别为载荷等效质心的滚动轴、俯仰轴和偏航轴力矩期望值；3)根据作用力归一化结果趋近于0的最优解和合力矩归一化结果确定作动器力系数，完成标定。

【技术特征摘要】
1.一种平台在轨标定方法，其特征在于，包括步骤如下：1)将平台搭载的所有载荷作为整体，求取整体的质心作为载荷等效质心，根据载荷等效质心的三轴姿态、三轴主惯量，确定载荷等效质心三轴实际受到的合力矩归一化结果τreal，norm；根据载荷等效质心的平动位移rp，确定载荷等效质心三轴实际作用力归一化结果Freal，norm；所述三轴为载荷等效质心的滚动轴、俯仰轴和偏航轴；2)迭代修正作用力归一化结果，根据合力矩归一化结果和合力矩期望值τr＝[τ1τ2τ3]寻找作用力归一化结果趋近于0的最优解，τ1，τ2，τ3分别为载荷等效质心的滚动轴、俯仰轴和偏航轴力矩期望值；3)根据作用力归一化结果趋近于0的最优解和合力矩归一化结果确定作动器力系数，完成标定。2.根据权利要求1所述的一种标定方法，其特征在于，所述根据合力矩归一化结果和合力矩期望值τr＝[τ1τ2τ3]寻找作用力归一化结果趋近于0的最优解的方法，具体为：21)根据合力矩归一化结果和作用力归一化结果确定指标函数Jreal；22)判断指标函数Jreal绝对值是否小于临界值，若小于临界值，则该指标函数Jreal中的作用力归一化结果确定为最优解；若不小于临界值，则进入步骤23)；23)迭代修正作用力归一化结果，重复步骤22)直至获得作用力归一化结果的最优解。3.根据权利要求2所述的一种标定方法，其特征在于，所述指标函数Jreal具体为：Freal,norm(n)＝[FrealxFrealyFrealz]，τreal,norm＝[τrealxτrealyτrealz]，τr＝[τ1τ2τ3]，Freal,norm(0)＝Freal，norm，其中，下脚标realx,realy,realz分别表示载荷等效质心的滚动轴、俯仰轴和偏航轴上的分量，τ1...

【专利技术属性】
技术研发人员：张科备，关新，汤亮，王有懿，齐田雨，郝仁剑，朱琦，邢林峰，张聪，张强，于国庆，周元子，李勇，马官营，
申请(专利权)人：北京控制工程研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11