[發(fā)明專利]一種星-臂耦合系統(tǒng)的主星姿態(tài)預報方法及系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910710429.2
• 申請日: 2019-08-01
• 公開（公告）號: CN110703595B
• 公開（公告）日: 2022-09-30
• 發(fā)明（設計）人: 李文皓;張珩;馮冠華
• 申請（專利權）人: 中國科學院力學研究所
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04;G05D1/08
• 代理公司: 北京和信華成知識產權代理事務所(普通合伙) 11390
• 代理人: 胡劍輝

1.一種星-臂耦合系統(tǒng)的主星姿態(tài)預報方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟100、依據所述星-臂耦合系統(tǒng)獲取空間機器人的主星-機械臂耦合系統(tǒng)運動學方程，并建立目標仿真模型和主星姿態(tài)補償模型；

步驟200、基于主星姿態(tài)補償模型獲取主星姿態(tài)角的預測值，即為原始預測值；

步驟300、基于主星姿態(tài)補償模型不斷滾動修正所述目標仿真模型的等效線性參數，進而預報未來時刻的預測響應，記為修正預測值；

步驟400、比較并評價所述修正預測值相較原始預測值的預測精度，

定義主星姿態(tài)角預測值在某一時刻t的相對誤差為：該時刻t主星姿態(tài)角預測值的絕對誤差，與歷史T時間段內主星姿態(tài)角實測值的積分之比，其中T為預報時長，絕對誤差為某一時刻t預測值與實測值的差值；

步驟500，定義所述相對誤差為從滾動修正開始穩(wěn)定生效時起至測試結束，計算每時刻相對誤差的誤差均值；根據誤差均值評價所述修正預測值的預測精度，進而更準確的預報未來時刻的主星姿態(tài)；

所述目標仿真模型和所述主星姿態(tài)補償模型建立方法包括：

通過獲得主星姿態(tài)角速度與機械臂關節(jié)角速度的等效線性關系式，以機械臂關節(jié)角速度為系統(tǒng)激勵，獲取主星姿態(tài)角速度的仿真響應，即為目標仿真模型；

獲取所有歷史時刻的主星姿態(tài)角速度的仿真響應和實測響應，并通過對所有歷史數據的實測/仿真響應比加權求和獲取不斷更新的當前時刻的實測/仿真響應比，即為主星姿態(tài)補償模型；

所述主星姿態(tài)補償模型的建立方法包括：

設星-臂耦合系統(tǒng)從t₀時刻開始運轉，當前時刻為t_K，獲取過去t₀～t_K時間段內每一時刻主星姿態(tài)角速度的仿真響應和實測響應并求得任意一歷史時刻對應的實測/仿真響應比

對t_K時刻之前[t₀,t_K]區(qū)間內所有歷史數據進行加權求和得到當前時刻實測/仿真響應比即令當前時刻實測/仿真響應比：

其中，w(t)為加權權值，令在離散情況下，化為如下形式：

其中，t_K＝t₀+KΔt，而Δt＝t_k+1-t_k,k＝0,1,2...為離散時間步長，同樣，令加權權值w(t_k)滿足獲取預測響應

其中為用于修正未來某一時刻t∈(t_K,t_K+T]仿真響應的預測/仿真響應比，直接取作當前時刻實測/仿真響應比

2.根據權利要求1所述的一種星-臂耦合系統(tǒng)的主星姿態(tài)預報方法，其特征在于，所述步驟400和步驟500具體包括：

令所述相對誤差：

其中為某一時刻t的原始預測值；為某一時刻t的實測值；修正預測值；

上式在離散情況下化為如下形式：

其中t_K為當前時刻，Δt為數據采樣周期，也即系統(tǒng)獲取實測值的周期；

進一步獲得所述誤差均值：

其中為當次實驗的終止時刻，定義從起始時刻，2倍的預報時長T之后穩(wěn)定生效。

3.根據權利要求2所述的一種星-臂耦合系統(tǒng)的主星姿態(tài)預報方法，其特征在于，所述主星姿態(tài)補償模型中當前時刻的實測/仿真響應比基于遞推最小二乘法實時滾動修正，具體方法包括：

取預測響應為參數估計模型中的輸出變量，取歷史時刻的仿真響應為參數估計模型中的輸入變量取響應比Θ_ji為待估計參數θ，在t_K時刻的迭代結果θ(t_K)即為所要估計的當前時刻實測/仿真響應比代入最小二乘法的遞推公式，得到下述參數估計模型:

其中的初值設為1，R為參數估計模型的迭代中間參數，不具備實質定義，P的初值為一個足夠大的正實數，獲取后續(xù)每個時刻的仿真響應和實測響應，并依據參數估計模型實時更新對應的K、P和θ。