一種撓性振蕩自主判別方法
【技術領域】
[0002] 本發(fā)明屬于撓性振蕩判別技術，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】
[0004] 隨著航天技術的發(fā)展，大型航天器上安裝了大面積的撓性太陽帆板、撓性天線，并 攜帶大量的推進劑。為了減重，大面積的太陽帆板、天線剛度越來越低，推進劑貯箱不加防 晃裝置，柔性太陽帆板和天線，以及液體晃動的阻尼系數只有0. 001 ;另外，航天器軌道機 動能力不斷提高，一些航天器要求具備6個方向軌控推力輸出，全方位軌控推力輸出進一 步加劇了航天器撓性振蕩的發(fā)生。
[0005] 1958年發(fā)射的探險者1號由于鞭狀天線撓性振蕩失效；1982年由美國發(fā)射的陸地 衛(wèi)星（4號)觀測儀的旋轉部分受到撓性太陽帆板驅動系統(tǒng)和姿態(tài)控制器的相互干擾而未能 達到預期的性能；國際5號通信衛(wèi)星帆板的高階扭轉模態(tài)與驅動系統(tǒng)發(fā)生諧振導致帆板停 轉和打滑。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停控或控制參數自 適應修正等撓性抑制措施，避免帆板折斷等災難性后果發(fā)生。
[0006]
【發(fā)明內容】
[0007] 針對現(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，以便在軌及時采取軌控?？鼗蚩刂茀底赃m應修正等撓性抑制措施，預 防撓性振蕩導致帆板折斷等災難性后果，并且易于工程實現(xiàn)。
[0008] 為達到上述發(fā)明目的，本發(fā)明的技術解決方案是：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) 計算姿態(tài)角速率絕對值濾波值 應用陀螺測得的姿態(tài)角速率，對該角速率取絕對值后進行一階濾波，該濾波值用于撓 性振湯振幅判別； 2) 累計姿態(tài)角速率極性不變時間 對陀螺測得的姿態(tài)角速率進行前后周期極性一致性判別，累計姿態(tài)角速率極性不變時 間，該累計時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)角速率絕對值濾波值大于設定的判別閾值，且姿態(tài)角速率極性不變累計時間小于 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)有技術相比，優(yōu)點和有益效果是： 1) 撓性振蕩判別算法簡單、有效； 2) 適合在軌自主判別應用，且易于工程實現(xiàn)。
[0010]
【附圖說明】
[0011] 以下將結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。
[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)明的構思：撓性振蕩發(fā)生的前提條件包括激勵源和頻率相近，航天器姿軌控 推力器工作時作為激勵源為撓性振蕩提供能量，當姿態(tài)和軌道控制系統(tǒng)工作頻率與帆板、 天線、液體晃動等撓性體頻率相近時易發(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] 根據正弦波絕對值濾波值與正弦波幅值之間的線性關系，利用姿態(tài)角速率絕對值 濾波值代替振幅；根據正弦波正負極性交變周期與正弦波頻率的等效關系，利用姿態(tài)角速 率極性改變時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)基于陀螺測得的角速率計算姿態(tài)角速率絕對值濾波值 應用陀螺測得的姿態(tài)角速率，對該角速率取絕對值后進行一階濾波，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，則求得當前姿態(tài)角速率絕對值 濾波值€如下：
(1) 其中，卷為角速率濾波時間常數。
[0018] 為了方便計算，對式（1)進行離散化處理如下：
(2) 其中，Ajt為陀螺當前測得的角速率，％為角速率濾波系數，力當前濾波輸出值， 為前一節(jié)拍濾波輸出值。
[0019] 上述根據正弦波絕對值濾波值與正弦波幅值之間的線性關系，利用姿態(tài)角速率絕 對值濾波值代替振幅，通過濾波值判別有利于減弱陀螺角速率測量跳變等隨機誤差影響， 簡化姿態(tài)角速率振幅求取過程。
[0020] 2)基于陀螺測得的角速率累計姿態(tài)角速率極性不變時間 對陀螺測得的姿態(tài)角速率進行前后周期極性一致性判別，累計姿態(tài)角速率極性不變時 間，該累計時間用于撓性振蕩頻率判別。
[0021] 姿態(tài)角速率進行前后周期極性一致性判別如下：
(3) 姿態(tài)角速率極性不變時間累計如下：
(4) 其中，$當前累計時間，^為前一節(jié)拍累計時間，為控制周期。
[0022] 3)基于正弦波等效關系設定判別閾值 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系，撓性振蕩振幅判別閾值設定如下： :釋=0.6636;, (6) 其中，每為撓性振蕩姿態(tài)角速率絕對值濾波值判別閾值，％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定理， 即：
(7) 正弦波極性不變時間占半個周期，姿態(tài)角速率極性不變累計時間判別閾值f與控制系 統(tǒng)頻率名之間關系如下：
(8) 其中，I為X對應的周期。
[0024] 由式（7)和式⑶得姿態(tài)角速率極性不變累計時間判別閾值如下：
(9) 其中，_為J對應的周期。
[0025] 姿態(tài)角速率絕對值濾波值大于設定的判別閾值，且姿態(tài)角速率極性不變累計時間 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)明雖然已以較佳實施例公開如上，但其并不是用來限定本發(fā)明，任何本領域 技術人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內，都可以利用上述揭示的方法和技術內容對本發(fā) 明技術方案做出可能的變動和修改，因此，凡是未脫離本發(fā)明技術方案的內容，依據本發(fā)明 的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化及修飾，均屬于本發(fā)明技術方案 的保護范圍。
【主權項】
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) 計算姿態(tài)角速率絕對值濾波值 應用陀螺測得的姿態(tài)角速率，對該角速率取絕對值后進行一階濾波，該濾波值用于撓 性振湯振幅判別； 2) 累計姿態(tài)角速率極性不變時間 對陀螺測得的姿態(tài)角速率進行前后周期極性一致性判別，累計姿態(tài)角速率極性不變時 間，該累計時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)角速率絕對值濾波值大于設定的判別閾值，且姿態(tài)角速率極性不變累計時間小于 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， 根據正弦波絕對值濾波值與正弦波幅值之間的線性關系，利用姿態(tài)角速率絕對值濾波值代 替振幅，通過濾波值判別有利于減弱陀螺角速率測量跳變等隨機誤差影響，簡化姿態(tài)角速 率振幅求取過程。3. 如權利要求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， 根據正弦波正負極性交變周期與正弦波頻率的等效關系，利用姿態(tài)角速率極性改變時間等 效求取撓性振蕩頻率； 姿態(tài)角速率進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)角速率極性不變時間累計如下：其中，A當前累計時間，為前一節(jié)拍累計時間，為控制周期。4. 如權利要求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， 根據正弦波振幅與絕對值濾波值之間的比例關系計算等效振幅判別閾值，以及正弦波頻率 與周期之間的關系計算等效時間判別閾值。
【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：計算姿態(tài)角速率絕對值濾波值，應用陀螺測得的姿態(tài)角速率，對該角速率取絕對值后進行一階濾波，該濾波值用于撓性振蕩振幅判別；累計姿態(tài)角速率極性改變時間，對陀螺測得的姿態(tài)角速率進行前后周期極性一致性判別，累計姿態(tài)角速率極性不變時間，該累計時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)角速率絕對值濾波值大于設定的判別閾值，且姿態(tài)角速率極性不變累計時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)有技術相比，其優(yōu)點和有益效果在于撓性振蕩判別算法簡單、有效，適合在軌自主判別應用，且易于工程實現(xiàn)。
【IPC分類】G01H17/00
【公開號】CN105333946
【申請?zhí)枴緾N201410393940
【發(fā)明人】王獻忠, 張肖, 張國柱
【申請人】上海新躍儀表廠
【公開日】2016年2月17日
【申請日】2014年8月12日