[發明專利]一種星-臂耦合系統的主星姿態預報方法及系統

有效

• 申請號: 201910710429.2
• 申請日: 2019-08-01
• 公開（公告）號: CN110703595B
• 公開（公告）日: 2022-09-30
• 發明（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

本發明實施例公開了一種星?臂耦合系統的主星姿態高精度預報方法，包括如下步驟：先建立目標仿真模型和主星姿態補償模型；再分別獲取主星姿態角的原始預測值以及滾動修正后的修正預測值；然后比較并評價所述修正預測值相較原始預測值的預測精度，定義主星姿態角預測值在某一時刻t的相對誤差為：該時刻t主星姿態角預測值的絕對誤差，與歷史T時間段內主星姿態角實測值的積分之比，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。本發明能夠更好的比較修正預測值對主星姿態角預報的準確性。

技術領域

本發明實施例涉及機器人技術領域，具體涉及一種星-臂耦合系統的主星姿態預報方法及系統。

背景技術

空間機器人已經成為在軌操作和在軌服務的高技術裝備，星-臂耦合系統主星姿態對在任意機械臂構型下的位姿有重要影響，因此準確的預測基座的姿態，對于執行空間機器人的在軌任務非常重要。

由于空間機器人在軌飛行時，燃料消耗不可避免，隨著燃料的消耗，星-臂耦合系統的動力學參數(如質量、轉動慣量、質心等)都會發生改變，而針對于動力學參數發生改變的星-臂耦合系統，在相同的機械臂運動路徑下，如果對動力學參數沒有補償控制(比如噴氣)的手段，自由基座產生的姿態變化會與預計的不同，這將嚴重影響到空間人物的執行安全。

現有一些辨識方法，通過較準確的辨識基座參數，從而改進動力學預報的精度，然而辨識方法不管如何有效，總是會有殘余誤差，這種誤差會隨著預報時間的不斷增加而累積，當預報時間增加時，累積的誤差不能得到有效消除，則仍然會帶來嚴重隱患。例如，在長延時的遙操作條件下，一段時間內無法獲取當前信息，必須預報當前的主星姿態信息，因此，當前時刻主星姿態預報尤其重要，同樣的，對于未來時刻的預報也同樣具有重要意義。

對此問題，利用滾動修正的思路，不斷改變星-臂耦合系統的預測模型參數來進行解決，但是，其預結果都是將姿態角、姿態角速度各自的三個分量進行分別統計，并且統計主星姿態角的仿真值、辨識值的相對誤差時，是采取直接求某一時刻的角度偏差值與實際值的比值的辦法；而事實上，在空間坐標系中，姿態角本身是可以通過改變其初始朝向而人為定義的，因此對于采用大量隨機初始條件進行的實驗而言，若要比較修正預測值相對于原預測值的改進，這一指標顯得不夠穩定，預報精度還有待提升。

發明內容

為此，本發明實施例提供一種星-臂耦合系統的主星姿態預報方法，以解決現有技術中基于預報結果的統計方式在比較修正預測值相對于原預測值的改進，這一指標顯得不夠穩定的問題。

為了實現上述目的，本發明的實施方式提供如下技術方案：

在本發明實施例的第一個方面，提供了一種星-臂耦合系統的主星姿態高精度預報方法，包括如下步驟：

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

步驟200、基于主星姿態補償模型獲取主星姿態角的預測值，即為原始預測值；

步驟300、基于主星姿態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，

定義主星姿態角預測值在某一時刻t的相對誤差為：該時刻t主星姿態角預測值的絕對誤差，與歷史T時間段內主星姿態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。

作為本發明實施例的一種優選方案，所述步驟400和步驟500具體包括：