本发明专利技术提供了一种挠性卫星参数辨识的技术领域内的适用于挠性卫星参数辨识的地面试验系统及方法，包括：步骤一，建立挠性卫星的动力学模型；步骤二，搭建以dSpace实时控制系统、控制器、电压放大器、悬臂梁、电涡流传感器、压电堆和π形作动器组成的试验系统；步骤三，试验系统加电进行模型参数辨识试验；步骤四，参数辨识试验结果分析。本发明专利技术经过地面试验研究和动力学仿真评估，可有效辨识大型挠性结构及压电材料相关动力学参数，充分解决了大型挠性结构高精度控制问题。
Ground test method and system for parameter identification of flexible satellite
【技术实现步骤摘要】
适用于挠性卫星参数辨识的地面试验方法及系统
本专利技术涉及一种适用于挠性卫星参数辨识的
，具体的，涉及一种适用于挠性卫星参数辨识的地面试验系统及方法，特别的，涉及一种应用于超大挠性卫星的多物理场耦合参数识别的试验方法。
技术介绍
当代卫星结构越来越复杂，除了卫星主体部分外，增加了太阳能帆板以及各种用途的挠性附件。人们希望新一代的卫星能够拥有更高精度的指向能力，以完成复杂的空间任务，这就相应的增加了对控制系统的要求。卫星的超大型挠性可展开天线在航天领域的应用越来越广泛，其具有柔性大、刚度低、重量轻、阻尼小、固有频率低等特点，同时在太空中容易受到空间冷热环境交变和卫星机动的影响，从而激起低频、非线性、大幅度的振动，严重影响了卫星的精度。用于可展开天线挠性结构主动控制的挠性压电材料会产生迟滞效应、蠕变效应等影响控制效果的动力学现象，需建立与之匹配的动力学模型并进行参数辨识，以完成对超大挠性可展开天线的闭环控制。经过现有技术检索，中国专利技术专利号为CN201410222236.X，专利技术名称为一种挠性卫星模态参数在轨辨识方法，该方法是通过1、采集力矩和角速度信息；2、确定离散状态空间系统矩阵A、B、C和D；3、确定辨识矩阵A、B、C和D；4、建立动力学和帆板振荡方程；5、获得模态参数与力矩到角速度的传递函数；6、将矩阵A、B、C和D转换为传递函数等步骤实现的。该专利技术应用于卫星模态参数在轨辨识领域，无法完成大型挠性结构高精度控制等问题。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种适用于挠性卫星参数辨识的地面试验系统及方法。根据本专利技术提供的一种适用于挠性卫星参数辨识的地面试验方法，包括以下步骤：步骤一，建立挠性卫星的动力学模型；步骤二，搭建以dSpace实时控制系统、控制器、电压放大器、悬臂梁、电涡流传感器、压电堆和π形作动器组成的试验系统；步骤三，试验系统加电进行模型参数辨识试验；步骤四，进行参数辨识与试验结果分析。一些实施方式中，所述步骤一通过以下步骤实现：步骤S1，建立电压放大器输出电压V，即在压电材料两端施加的电压；步骤S2，测得压电材料的压电系数为d；步骤S3，确定取决于迟滞环形状的常数α、β、γ、n，确定位移输出x的线性部分dV和非线性迟滞h；步骤S4，在进行压电材料参数辨识时，取n＝1。一些实施方式中，所述步骤二通过以下步骤实现：步骤A：将dSpace实时控制系统与控制器、电压放大器、悬臂梁、电涡流传感器、压电堆和π形作动器进行物理连接；步骤B：进行dSpace实时控制系统与控制器和电涡流传感器的通信测试，测试数据采集存储情况；步骤C：根据通信测试情况分别进行各组成设备的调试，确保系统通信测量数据正常。一些实施方式中，所述步骤三通过以下步骤实现：步骤Ⅰ：dSpace实时控制系统与控制器开机加电，系统进入待测状态；步骤Ⅱ：电压放大器加电，先设置零位电压，保持压电堆的初始零位输出；步骤Ⅲ：根据设定的控制曲线，由dSpace实时控制系统通过控制器和电压放大器控制压电堆两端电压变化，同时dSpace实时控制系统将电涡流传感器测得的数据记录。一些实施方式中，所述步骤四通过以下步骤实现：根据测得的压电堆加载数据和电涡流传感器测得变形数据，先后进行数据有效性判读、数据加工和分析，获得压电材料的参数识别结果。一种适用于挠性卫星参数辨识的地面试验系统，采用上述的适用于挠性卫星参数辨识的地面试验方法，包括：dSpace实时控制装置、控制器、电压放大器、悬臂梁、电涡流传感器、压电堆和π形作动器；所述π形作动器具有平面的端面贴合于所述悬臂梁的端部平面，所述悬臂梁为大挠性结构侧组成部分，所述π形作动器两凸起的中轴线上设有所述压电堆，所述压电堆为执行机构；所述压电堆、所述电压放大器、所述控制器、所述dSpace实时控制装置、所述电涡流传感器依次电连接；所述电涡流传感器位于所述悬臂梁的一端，所述电涡流传感器远离所述π型作动器，所述电涡流传感器监测所述悬臂梁的变形量。一些实施方式中，所述电涡流传感器测量悬臂梁末端位移量并将数据反馈给所述dSpace实时控制系统。一些实施方式中，所述控制器控制所述电压放大器的精度输出，所述电压放大器驱动所述压电堆与所述π形作动器产生弯矩并保持输出力矩的精度。一些实施方式中，所述dSpace实时控制装置监视和分析传感器数据，所述dSpace实时控制装置控制所述压电堆与所述π形作动器，实时记录试验数据分析试验结果。一些实施方式中，所述压电堆采用压电原理的可伸缩结构。与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：1、本专利技术经过地面试验研究和动力学仿真评估，可有效辨识大型挠性结构及压电材料相关动力学参数，充分解决了大型挠性结构高精度控制问题。2、本专利技术有效描述了大挠性结构压电材料的迟滞效应和蠕变效应等特性，建立并简化了参数辨识的试验流程，节省了试验经费，提高了参数辨识精度。3、本专利技术可应用于未来大型挠性卫星或分布式卫星
，如：卫星的超大挠性太阳电池阵、微波探测卫星的大型天线、通信卫星的挠性天线等。附图说明通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：图1是本专利技术适用于挠性卫星参数辨识的地面试验原理图；图2是本专利技术中参数辨识流程示意图；图3是本专利技术中多场动力学建模示意图。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本专利技术的保护范围。如图1所示，本专利技术提供了一种适用于挠性卫星参数辨识的地面试验系统，包括dSpace实时控制系统、控制器、电压放大器、悬臂梁、电涡流传感器、压电堆和π形作动器。所述dSpace实时控制系统用于监视和分析传感器数据，控制压电堆与π形作动器，实时记录试验数据并分析试验结果。所述控制器用于控制电压放大器的高精度输出。所述电压放大器用于驱动压电堆与π形作动器产生弯矩。所述悬臂梁可优选铝制悬臂梁，所述悬臂梁为大挠性结构侧组成部分。所述电涡流传感器用于监测悬臂梁的变形情况。所述压电堆产生输出力。所述π形作动器与压电堆组合后将压电堆输出力转化为输出力矩，即试验所需的弯矩。所述一种适用于挠性卫星参数辨识的地面试验方法，其试验原理如下：以悬臂梁为研究对象，采用压电堆作为执行机构，将压电堆安装在π型作动器的上部轴线处，在压电堆上施加电压，将压电堆产生的驱动力F转化为对悬臂梁的驱动力矩Ma，并用电涡流传感器测量悬臂梁末端位移，反馈给dSpace实时控制系统。通过记录压电堆上施加的电压和悬臂梁末端位移，画出迟滞曲线，并采用合适的参数辨识方法，辨识出迟滞模型参数。如图2、图3所示，本专利技术所述一种适用于挠性卫星参数辨识的地面试验方法，其具体实施步骤如下。步骤一，建立挠性卫星的动力学模型。步骤二，搭建以dSpace实时控制系统、控制器、电压放大器、悬臂梁、电涡流传感器、压电堆和π形作动器组成的试验系统。步骤三，试验系统加电进行模型参数辨识试验。步骤四，参数辨识试验结果分析。一些实施例中，所述步骤一建立挠性卫星的动力学模型包含以下步骤:根据试验系统的组本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种适用于挠性卫星参数辨识的地面试验方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，建立挠性卫星的动力学模型；步骤二，搭建以dSpace实时控制系统、控制器、电压放大器、悬臂梁、电涡流传感器、压电堆和π形作动器组成的试验系统；步骤三，试验系统加电进行模型参数辨识试验；步骤四，进行参数辨识与试验结果分析。
【技术特征摘要】
1.一种适用于挠性卫星参数辨识的地面试验方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，建立挠性卫星的动力学模型；步骤二，搭建以dSpace实时控制系统、控制器、电压放大器、悬臂梁、电涡流传感器、压电堆和π形作动器组成的试验系统；步骤三，试验系统加电进行模型参数辨识试验；步骤四，进行参数辨识与试验结果分析。2.根据权利要求1所述的适用于挠性卫星参数辨识的地面试验方法，其特征在于，所述步骤一通过以下步骤实现：步骤S1，建立电压放大器输出电压V；步骤S2，测得压电材料的压电系数为d；步骤S3，确定取决于迟滞环形状的常数α、β、γ、n，确定位移输出x的线性部分dV和非线性迟滞h；步骤S4，在进行压电材料参数辨识时，取n＝1。3.根据权利要求1所述的适用于挠性卫星参数辨识的地面试验方法，其特征在于，所述步骤二通过以下步骤实现：步骤A：将dSpace实时控制系统与控制器、电压放大器、悬臂梁、电涡流传感器、压电堆和π形作动器进行物理连接；步骤B：进行dSpace实时控制系统与控制器和电涡流传感器的通信测试，测试数据采集存储情况；步骤C：根据通信测试情况分别进行各组成设备的调试，确保系统通信测量数据正常。4.根据权利要求1所述的适用于挠性卫星参数辨识的地面试验方法，其特征在于，所述步骤三通过以下步骤实现：步骤Ⅰ：dSpace实时控制系统与控制器开机加电，系统进入待测状态；步骤Ⅱ：电压放大器加电，先设置零位电压，保持压电堆的初始零位输出；步骤Ⅲ：根据设定的控制曲线，由dSpace实时控制系统通过控制器和电压放大器控制压电堆两端电压变化，同时dSpace实时控制系统将电涡流传感器测得的数据记录。5.根据权利要求1所述的适用于挠性卫...
【专利技术属性】
技术研发人员：张伟，廖波，许域菲，赵洪波，赵艳彬，赵强，张祎，
申请(专利权)人：上海卫星工程研究所，
类型：发明
国别省市：上海,31
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