大型柔性航天器時變動力學(xué)參數(shù)在軌辨識方法.pdf

1、博士學(xué)位論文大型柔性航天器時變動力學(xué)參數(shù)在軌辨識方法O n —o r b i t I d e n t i f i c a t i o nM e t h o d s f o r T i m e —v a r y i n g D y n a m i cP a r a m e t e r s o f L a r g e F l e x i b l eS p a c e c r a f t學(xué) 號： ! Q 璺Q 墨Q 壘!大連理工大學(xué)D a l

2、 i a n U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y大連理工大學(xué)博士學(xué)位論文摘 要大型柔性航天器結(jié)構(gòu)通常無法在地面進(jìn)行全尺寸動力學(xué)參數(shù)辨識實驗，而當(dāng)利用有限元方法對結(jié)構(gòu)進(jìn)行動力學(xué)分析時，由于模型簡化、計算誤差等影響，難以得到準(zhǔn)確的模型參數(shù)。在這種條件下，采用在軌辨識方法，可以更為準(zhǔn)確地獲得航天器系統(tǒng)的動力學(xué)參數(shù)，從而反映航天器結(jié)構(gòu)的真實運行情況。此外，航天器在軌運行時，大型附件運動、推進(jìn)劑

3、消耗等因素都可能使得結(jié)構(gòu)的動力學(xué)參數(shù)發(fā)生持續(xù)變化。因此開展航天器時變動力學(xué)參數(shù)的在軌辨識方法研究，不僅可以對己建立的數(shù)值模型進(jìn)行校驗，還可以為航天器的控制系統(tǒng)設(shè)計與調(diào)整提供參考依據(jù)，具有重要的工程應(yīng)用價值。本文考慮大型柔性航天器在軌運行時的動力學(xué)參數(shù)( 模態(tài)參數(shù)和狀態(tài)空間模型參數(shù)) 時變情況，針對航天器周期變化動力學(xué)參數(shù)的辨識、時變模態(tài)參數(shù)和狀態(tài)空間模型參數(shù)的遞推辨識、以及航天器閉環(huán)系統(tǒng)的時變動力學(xué)參數(shù)辨識等內(nèi)容開展了系統(tǒng)地研究。論文主

4、要包括以下幾部分內(nèi)容：( 1 ) 研究航天器周期變化動力學(xué)參數(shù)的在軌辨識問題?？紤]航天器大型柔性附件轉(zhuǎn)動對系統(tǒng)動力學(xué)參數(shù)帶來的周期性影響，利用周期子空間方法代替通常的重復(fù)實驗方法，對柔性航天器周期時變的模態(tài)參數(shù)和相應(yīng)的狀態(tài)空間模型參數(shù)進(jìn)行在軌辨識。仿真結(jié)果證明這種方法能有效辨識航天器的時變動力學(xué)參數(shù)。( 2 ) 研究航天器時變模態(tài)參數(shù)的遞推在軌辨識問題，提出了一種提高T w ．A P I 遞推子空間方法計算效率的改進(jìn)方法。首先，針對基于

5、奇異值分解( S V D ) 的辨識方法計算量較大的問題，采用基于信號子空間投影理論的投影近似子空問追蹤( P A S T ) 、逼近冪迭代( A P I ) 和截斷窗逼近冪迭代( T W ．A P I ) 等三種遞推子空問方法辨識航天器時變模態(tài)參數(shù)，并對這三種方法的適用條件和計算效率進(jìn)行了總結(jié)和比較。然后提出了一種改進(jìn)的T W - A P I 方法以提高在軌辨識的效率，該方法簡化了數(shù)據(jù)處理中的矩陣遞推過程，在保證計算精度的同時，顯著地

6、減少了在軌辨識過程的計算量，尤其當(dāng)系統(tǒng)模型的階次較高時，計算效率的優(yōu)勢更加明顯。在數(shù)值仿真中，對改進(jìn)T W - A P I 方法和基于S V D 的周期子空間方法的計算效率進(jìn)行了比較，證明了遞推子空間方法能夠有效辨識航天器的時變模態(tài)參數(shù)，而且具有更高的計算效率。最后，針對上述幾種遞推子空間方法在低信噪比時存在的辨識結(jié)果誤差較大的問題，利用小波降噪技術(shù)對信號進(jìn)行去噪處理，獲得了良好的辨識結(jié)果。( 3 ) 研究航天器時變狀態(tài)空間模型參數(shù)的遞