一種撓性振蕩自主判別方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002] 本發(fā)明屬于撓性振蕩判別技術(shù)，特別涉及一種航天器在軌自主撓性振蕩判別方 法。
[0003]
【背景技術(shù)】
[0004] 隨著航天技術(shù)的發(fā)展，大型航天器上安裝了大面積的撓性太陽(yáng)帆板、撓性天線，并 攜帶大量的推進(jìn)劑。為了減重，大面積的太陽(yáng)帆板、天線剛度越來越低，推進(jìn)劑貯箱不加防 晃裝置，柔性太陽(yáng)帆板和天線，以及液體晃動(dòng)的阻尼系數(shù)只有0. 001 ;另外，航天器軌道機(jī) 動(dòng)能力不斷提高，一些航天器要求具備6個(gè)方向軌控推力輸出，全方位軌控推力輸出進(jìn)一 步加劇了航天器撓性振蕩的發(fā)生。
[0005] 1958年發(fā)射的探險(xiǎn)者1號(hào)由于鞭狀天線撓性振蕩失效；1982年由美國(guó)發(fā)射的陸地 衛(wèi)星（4號(hào))觀測(cè)儀的旋轉(zhuǎn)部分受到撓性太陽(yáng)帆板驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和姿態(tài)控制器的相互干擾而未能 達(dá)到預(yù)期的性能；國(guó)際5號(hào)通信衛(wèi)星帆板的高階扭轉(zhuǎn)模態(tài)與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)發(fā)生諧振導(dǎo)致帆板停 轉(zhuǎn)和打滑。在軌期間自主判別撓性振蕩，并在發(fā)現(xiàn)撓性振蕩后采取軌控?？鼗蚩刂茀?shù)自 適應(yīng)修正等撓性抑制措施，避免帆板折斷等災(zāi)難性后果發(fā)生。
[0006]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 針對(duì)現(xiàn)有航天器在軌可能發(fā)生撓性振蕩的問題，本發(fā)明的目的是提供一種撓性振 蕩自主判別方法，以便在軌及時(shí)采取軌控?？鼗蚩刂茀?shù)自適應(yīng)修正等撓性抑制措施，預(yù) 防撓性振蕩導(dǎo)致帆板折斷等災(zāi)難性后果，并且易于工程實(shí)現(xiàn)。
[0008] 為達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：一種撓性振蕩自主判別方法，采 用姿態(tài)角速率振幅和頻率判別撓性振蕩，其具體包括如下步驟： 1) 計(jì)算姿態(tài)角速率絕對(duì)值濾波值 應(yīng)用陀螺測(cè)得的姿態(tài)角速率，對(duì)該角速率取絕對(duì)值后進(jìn)行一階濾波，該濾波值用于撓 性振湯振幅判別； 2) 累計(jì)姿態(tài)角速率極性不變時(shí)間 對(duì)陀螺測(cè)得的姿態(tài)角速率進(jìn)行前后周期極性一致性判別，累計(jì)姿態(tài)角速率極性不變時(shí) 間，該累計(jì)時(shí)間用于撓性振蕩頻率判別； 3) 姿態(tài)角速率振幅和頻率判別 姿態(tài)角速率絕對(duì)值濾波值大于設(shè)定的判別閾值，且姿態(tài)角速率極性不變累計(jì)時(shí)間小于 撓性振蕩頻率等效的周期，則判定撓性振蕩發(fā)生。
[0009] 本發(fā)明的撓性振蕩自主判別方法，與現(xiàn)有技術(shù)相比，優(yōu)點(diǎn)和有益效果是： 1) 撓性振蕩判別算法簡(jiǎn)單、有效； 2) 適合在軌自主判別應(yīng)用，且易于工程實(shí)現(xiàn)。
[0010]
【附圖說明】
[0011] 以下將結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0012] 圖1是本發(fā)明的姿態(tài)角速率撓性振蕩示意圖； 圖2是本發(fā)明的撓性振蕩自主判別方法流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013] 如圖1所示，是本發(fā)明的姿態(tài)角速率撓性振蕩示意圖。
[0014] 本發(fā)明的構(gòu)思：撓性振蕩發(fā)生的前提條件包括激勵(lì)源和頻率相近，航天器姿軌控 推力器工作時(shí)作為激勵(lì)源為撓性振蕩提供能量，當(dāng)姿態(tài)和軌道控制系統(tǒng)工作頻率與帆板、 天線、液體晃動(dòng)等撓性體頻率相近時(shí)易發(fā)生撓性振蕩，其特征表現(xiàn)為姿態(tài)角速率具有一定 的振幅和頻率特性，如圖1所示，撓性振蕩波形可以近似為正弦波，縱軸：角速度，單位° / So
[0015] 根據(jù)正弦波絕對(duì)值濾波值與正弦波幅值之間的線性關(guān)系，利用姿態(tài)角速率絕對(duì)值 濾波值代替振幅；根據(jù)正弦波正負(fù)極性交變周期與正弦波頻率的等效關(guān)系，利用姿態(tài)角速 率極性改變時(shí)間等效求取撓性振蕩頻率；角速率振幅和頻率滿足判別條件，則判定撓性振 蕩發(fā)生。
[0016] 本發(fā)明具體實(shí)施例的一種撓性振蕩自主判別方法，采用姿態(tài)角速率振幅和頻率判 別撓性振蕩，步驟如圖2所示，包括： 1)基于陀螺測(cè)得的角速率計(jì)算姿態(tài)角速率絕對(duì)值濾波值 應(yīng)用陀螺測(cè)得的姿態(tài)角速率，對(duì)該角速率取絕對(duì)值后進(jìn)行一階濾波，該濾波值用于撓 性振湯振幅判別。
[0017] 定義珥為姿態(tài)角速率，i表示X、Y、Z三軸中某一軸，則求得當(dāng)前姿態(tài)角速率絕對(duì)值 濾波值€如下：
(1) 其中，卷為角速率濾波時(shí)間常數(shù)。
[0018] 為了方便計(jì)算，對(duì)式（1)進(jìn)行離散化處理如下：
(2) 其中，Ajt為陀螺當(dāng)前測(cè)得的角速率，％為角速率濾波系數(shù)，力當(dāng)前濾波輸出值， 為前一節(jié)拍濾波輸出值。
[0019] 上述根據(jù)正弦波絕對(duì)值濾波值與正弦波幅值之間的線性關(guān)系，利用姿態(tài)角速率絕 對(duì)值濾波值代替振幅，通過濾波值判別有利于減弱陀螺角速率測(cè)量跳變等隨機(jī)誤差影響， 簡(jiǎn)化姿態(tài)角速率振幅求取過程。
[0020] 2)基于陀螺測(cè)得的角速率累計(jì)姿態(tài)角速率極性不變時(shí)間 對(duì)陀螺測(cè)得的姿態(tài)角速率進(jìn)行前后周期極性一致性判別，累計(jì)姿態(tài)角速率極性不變時(shí) 間，該累計(jì)時(shí)間用于撓性振蕩頻率判別。
[0021] 姿態(tài)角速率進(jìn)行前后周期極性一致性判別如下：
(3) 姿態(tài)角速率極性不變時(shí)間累計(jì)如下：
(4) 其中，$當(dāng)前累計(jì)時(shí)間，^為前一節(jié)拍累計(jì)時(shí)間，為控制周期。
[0022] 3)基于正弦波等效關(guān)系設(shè)定判別閾值 定義正弦波的幅值為Α，相位為u，則正弦波絕對(duì)值濾波值如下：
(5) 由式（5)可知濾波值與幅值之間存在線性關(guān)系，撓性振蕩振幅判別閾值設(shè)定如下： :釋=0.6636;, (6) 其中，每為撓性振蕩姿態(tài)角速率絕對(duì)值濾波值判別閾值，％為撓性振蕩姿態(tài)角速率振 幅判別閾值。
[0023]為防止頻率耦合振蕩，控制系統(tǒng)頻率右與撓性體一階基頻要滿足香農(nóng)定理， 即：
(7) 正弦波極性不變時(shí)間占半個(gè)周期，姿態(tài)角速率極性不變累計(jì)時(shí)間判別閾值f與控制系 統(tǒng)頻率名之間關(guān)系如下：
(8) 其中，I為X對(duì)應(yīng)的周期。
[0024] 由式（7)和式⑶得姿態(tài)角速率極性不變累計(jì)時(shí)間判別閾值如下：
(9) 其中，_為J對(duì)應(yīng)的周期。
[0025] 姿態(tài)角速率絕對(duì)值濾波值大于設(shè)定的判別閾值，且姿態(tài)角速率極性不變累計(jì)時(shí)間 小于撓性振蕩頻率等效的周期，則判定撓性振蕩發(fā)生。
[0026] 本發(fā)明雖然已以較佳實(shí)施例公開如上，但其并不是用來限定本發(fā)明，任何本領(lǐng)域 技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，都可以利用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi)容對(duì)本發(fā) 明技術(shù)方案做出可能的變動(dòng)和修改，因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明 的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化及修飾，均屬于本發(fā)明技術(shù)方案 的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種撓性振蕩自主判別方法，其特征在于：采用姿態(tài)角速率振幅和頻率判別撓性振 蕩，其具體包括如下步驟： 1) 計(jì)算姿態(tài)角速率絕對(duì)值濾波值 應(yīng)用陀螺測(cè)得的姿態(tài)角速率，對(duì)該角速率取絕對(duì)值后進(jìn)行一階濾波，該濾波值用于撓 性振湯振幅判別； 2) 累計(jì)姿態(tài)角速率極性不變時(shí)間 對(duì)陀螺測(cè)得的姿態(tài)角速率進(jìn)行前后周期極性一致性判別，累計(jì)姿態(tài)角速率極性不變時(shí) 間，該累計(jì)時(shí)間用于撓性振蕩頻率判別； 3) 姿態(tài)角速率振幅和頻率判別 姿態(tài)角速率絕對(duì)值濾波值大于設(shè)定的判別閾值，且姿態(tài)角速率極性不變累計(jì)時(shí)間小于 撓性振蕩頻率等效的周期，則判定撓性振蕩發(fā)生。2. 如權(quán)利要求1所述的一種撓性振蕩自主判別方法，其特征在于：所述的步驟1)中， 根據(jù)正弦波絕對(duì)值濾波值與正弦波幅值之間的線性關(guān)系，利用姿態(tài)角速率絕對(duì)值濾波值代 替振幅，通過濾波值判別有利于減弱陀螺角速率測(cè)量跳變等隨機(jī)誤差影響，簡(jiǎn)化姿態(tài)角速 率振幅求取過程。3. 如權(quán)利要求1所述的一種撓性振蕩自主判別方法，其特征在于：所述的步驟2)中， 根據(jù)正弦波正負(fù)極性交變周期與正弦波頻率的等效關(guān)系，利用姿態(tài)角速率極性改變時(shí)間等 效求取撓性振蕩頻率； 姿態(tài)角速率進(jìn)行前后周期極性一致性判別如下：，為姿態(tài)角速率，i表示X、Y、Z三軸中某一軸； 姿態(tài)角速率極性不變時(shí)間累計(jì)如下：其中，A當(dāng)前累計(jì)時(shí)間，為前一節(jié)拍累計(jì)時(shí)間，為控制周期。4. 如權(quán)利要求1所述的一種撓性振蕩自主判別方法，其特征在于：所述的步驟3)中， 根據(jù)正弦波振幅與絕對(duì)值濾波值之間的比例關(guān)系計(jì)算等效振幅判別閾值，以及正弦波頻率 與周期之間的關(guān)系計(jì)算等效時(shí)間判別閾值。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種在軌自主判別撓性振蕩的方法，采用姿態(tài)角速率振幅和頻率判別撓性振蕩，其步驟包括：計(jì)算姿態(tài)角速率絕對(duì)值濾波值，應(yīng)用陀螺測(cè)得的姿態(tài)角速率，對(duì)該角速率取絕對(duì)值后進(jìn)行一階濾波，該濾波值用于撓性振蕩振幅判別；累計(jì)姿態(tài)角速率極性改變時(shí)間，對(duì)陀螺測(cè)得的姿態(tài)角速率進(jìn)行前后周期極性一致性判別，累計(jì)姿態(tài)角速率極性不變時(shí)間，該累計(jì)時(shí)間用于撓性振蕩頻率判別；姿態(tài)角速率振幅和頻率判別，姿態(tài)角速率絕對(duì)值濾波值大于設(shè)定的判別閾值，且姿態(tài)角速率極性不變累計(jì)時(shí)間小于撓性振蕩頻率等效的周期，則判定撓性振蕩發(fā)生。與現(xiàn)有技術(shù)相比，其優(yōu)點(diǎn)和有益效果在于撓性振蕩判別算法簡(jiǎn)單、有效，適合在軌自主判別應(yīng)用，且易于工程實(shí)現(xiàn)。
【IPC分類】G01H17/00
【公開號(hào)】CN105333946
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410393940
【發(fā)明人】王獻(xiàn)忠, 張肖, 張國(guó)柱
【申請(qǐng)人】上海新躍儀表廠
【公開日】2016年2月17日
【申請(qǐng)日】2014年8月12日