带大惯量旋转载荷卫星的未知参数辨识方法、装置及介质制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种带大惯量旋转载荷卫星的未知参数辨识方法、装置及介质，属于航天器姿态控制技术领域；包括：建立卫星平台与旋转载荷的坐标系，并建立旋转载荷的转子平动和转动动力学方程，构建包含有系统状态变量和待辨识参数的系统状态方程，针对系统状态方程中线性化的角速度子系统状态分量方程设计系统模型滑模观测器，获得角速度以及系统状态变量的观测值，通过二阶外源性卡尔曼滤波器以及非高斯特性校正获得系统状态变量和待辨识参数的最优估计。该方法利用改进的卡尔曼滤波算法在估计旋转载荷姿态角速度和姿态角的同时，辨识出系统未知参数，并针对系统的非高斯特性提出了修正手段，使得改进后的滤波器可以处理带有非高斯特性的系统。非高斯特性的系统。非高斯特性的系统。

【技术实现步骤摘要】
带大惯量旋转载荷卫星的未知参数辨识方法、装置及介质


[0001]本专利技术实施例涉及航天器姿态控制
，尤其涉及一种带大惯量旋转载荷卫星的未知参数辨识方法、装置及计算机存储介质。

技术介绍

[0002]对于带有大惯量旋转载荷卫星的姿态控制问题，主要难点在于如何消除旋转载荷静、动不平衡量引起的旋转载荷质心位置偏移与转动惯量偏差，对姿态控制带来的长期不利影响。带有大惯量旋转载荷卫星在轨服务期间，通过实时估计旋转载荷姿态信息，同时辨识出旋转载荷的静、动不平衡量，可用以修正卫星姿态控制律，提高卫星的姿态控制精度。
[0003]现有思路是基于滤波器或者观测器进行姿态估计和未知参数辨识，已公开的同类方法，往往难以在一种算法体系内同步开展姿态估计和未知参数辨识，算法较为复杂，且通常未考虑非高斯特性的影响，应用限制较多。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术实施例期望提供一种带大惯量旋转载荷卫星的未知参数辨识方法，能够利用改进的卡尔曼滤波算法在估计旋转载荷姿态角速度和姿态角的同时，辨识出系统的未知参数，并针对系统的非高斯特本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种带大惯量旋转载荷卫星的未知参数辨识方法，其特征在于，包括：建立卫星平台与旋转载荷的坐标系，并基于所述坐标系建立旋转载荷的转子平动和转动动力学方程；根据所述转子平动和转动动力学方程，构建包含有系统状态变量和待辨识参数的系统状态方程；将所述系统状态方程中角速度部分的状态方程局部线性化，获得线性化的角速度子系统状态分量方程；针对所述线性化的角速度子系统状态分量方程设计系统模型滑模观测器，获得角速度的观测值，并进一步获得系统状态变量的观测值；根据所述系统状态变量的观测值，通过二阶外源性卡尔曼滤波器以及非高斯特性校正获得所述系统状态变量和待辨识参数的最优估计。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述建立卫星平台与旋转载荷的坐标系，并基于所述坐标系建立旋转载荷的转子平动和转动动力学方程，包括：建立卫星平台与旋转载荷的坐标系，所述坐标系包括基体坐标系S、载荷中心坐标系G和载荷质心坐标系C；其中，所述基体坐标系S坐标原点在卫星平台上的一个固定点，X轴指向磁悬浮轴承自旋轴方向，Y轴和Z轴正交，X、Y、Z成右手坐标系；所述载荷中心坐标系G坐标原点为旋转载荷在旋转载荷中心轴上的期望质心位置，Y、Z与初始时刻的基体坐标系相同，X、Y、Z为右手坐标系；所述载荷质心坐标系C的坐标原点为载荷质心，Y、Z与初始时刻的基体坐标系相同，X、Y、Z为右手坐标系；基于所述坐标系，建立所述旋转载荷的转子平动动力学方程和转子转动动力学方程，如下式所示：其中，表示基体坐标系下旋转载荷的质心速度，表示载荷中心坐标系G相对于基体坐标系S的方向余弦矩阵，表示基体坐标系下旋转载荷的姿态角速度，表示由载荷中心坐标系原点指向载荷质心坐标系原点的矢量，表征了质心偏移量，表示旋转载荷质量，表示磁悬浮轴承对转子的合力矩，、、分别表示磁悬浮轴承径向轴承A、径向轴承B、轴向轴承Z对转子的作用力，，表示旋转载荷转动惯量，表示由径向轴承A中心指向径向轴承B中心的矢量，表示转子质心上的合力矩，，表示磁悬浮轴承对转子质心的合力矩，表示转子上反作用飞轮产生的控制力矩，表示基体坐标系下旋转载荷的质心位置。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述转子平动和转动动力学方程，构建包含有系统状态变量和待辨识参数的系统状态方程，包括：设定，，，，，，，构建系统状态方程如下式所示：
其中，，，，表示状态的过程噪声，表示基体坐标系下旋转载荷的姿态角。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述将所述系统状态方程中角速度部分的状态方程局部线性化，获得线性化的角速度子系统状态分量方程，包括：对所述系统状态方程中角速度部分的状态方程进行局部线性化，如下式所示：其中，表示上一采样时刻的估计值，表示采样时刻，，表示局部线性化的系数；设定，，获得线性化的角速度子系统状态方程：将角速度子系统方程写成分量形式，获得线性化的角速度子系统状态分量方程如下式所示：，。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述针对所述线性化的角速度子系统状态分量方程设计系统模型滑模观测器，获得角速度的观测值，并进一步获得系统状态变量的观测值，包括：针对所述线性化的角速度子系统状态分量方程设计系统模型滑模观测器，获得角速度的观测值：其中，，，是设定的适当参数，、、分别是角速度观测值、未知参数观测值以及未知参数一阶导数的观测值；表示角速度的测量值；根据所述角速度观测值，获得系统状态变量的观测值：
其中，、、表示、、上一采样时刻估计值。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述根据所述系统状态变量的观测值，通过二阶外源性卡尔曼滤波器以及非高斯特性校正获得所述系统状态变量和待辨识参数的最优估计，包括：基于所述系统状态变量的观测值，将系统状态方程进行泰勒级数展开，获得包含有多个未知参数...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈雪芹，杨伯毓，岳程斐，吴凡，马麒涵，孙瑞，刘明，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：