空間非合作目標(biāo)慣性參數(shù)的Adaline網(wǎng)絡(luò)辨識方法

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1、航空學(xué)報ActaAerOnautjcaelAstronauticaSinicaSep．252016V01．37No．92799-2808ISSN1000—6893ON11-1929／Vhttp：Hhkxb．buaa．edu．cahkxb@buaa．edu．cnDOI：10．7527／S1000—6893．2015．0349空間非合作目標(biāo)慣性參數(shù)的Adaline網(wǎng)絡(luò)辨識方法孫俊h2，張世杰1’*，馬也3，楚中毅31．哈爾濱工業(yè)大學(xué)航天學(xué)院，哈爾濱1500012．上海航天控制技術(shù)研究所上海市空間智能控制技術(shù)重點(diǎn)實驗室，上海2011093．北京航空航天大學(xué)儀器科學(xué)與光電工程學(xué)院，北京100083摘要

2、：空間在軌操作中，航天器在對空間非合作目標(biāo)的抓捕行動常常導(dǎo)致航天器本體的姿態(tài)和空間軌跡發(fā)生變化。為克服空間非合作目標(biāo)對航天器本體動力學(xué)、運(yùn)動學(xué)的影響，使控制系統(tǒng)做出精準(zhǔn)及時的姿控策略調(diào)整，確保航天器正常在軌工作和軌跡姿態(tài)的高精度，需對抓捕的非合作目標(biāo)的慣性參數(shù)進(jìn)行辨識。針對傳統(tǒng)辨識方法依賴廣義逆求解導(dǎo)致的辨識過程運(yùn)算量大，且數(shù)值容易產(chǎn)生劇烈振蕩，造成辨識結(jié)果不穩(wěn)定等不足，采用基于歸一化最小均方(NLMS)準(zhǔn)則的Adaline神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法進(jìn)行空間非合作目標(biāo)慣性參數(shù)的辨識。首先，基于動量守恒理論建立抓捕后的航天器一機(jī)械臂一空間非合作目標(biāo)系統(tǒng)模型；然后將辨識方程的系數(shù)矩陣作為網(wǎng)絡(luò)的輸入和輸出，空間非

3、合作目標(biāo)的慣性參數(shù)作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練權(quán)重，基于迭代步長可變的NLMS準(zhǔn)則實現(xiàn)對目標(biāo)慣量參數(shù)的快速、準(zhǔn)確辨識；最后，在構(gòu)造的AD—AMS／MATLAB聯(lián)合仿真平臺上進(jìn)行了驗證。仿真結(jié)果表明，基于NLMS準(zhǔn)則的Adaline神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一種快速、準(zhǔn)確辨識目標(biāo)慣量參數(shù)的有效方法。關(guān)鍵詞：航天器；非合作目標(biāo)；慣性參數(shù)；神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；辨識中圖分類號：V441文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：i000—6893(2016)09—2799—10在軌服務(wù)技術(shù)一直是空間技術(shù)中十分重要且競爭激烈的領(lǐng)域。在軌服務(wù)關(guān)鍵技術(shù)中L1]，無人參與的空間作業(yè)不但能夠保障宇航員空問作業(yè)的安全，且大大降低了操作成本，因而成為了在軌服務(wù)技術(shù)的發(fā)展

4、潮流。無人參與的空間作業(yè)主要是通過空間機(jī)器人智能操作(捕獲，對接，移動，控制)代替人工作業(yè)，來保證航天器的正常工作?？臻g機(jī)器人(機(jī)械臂)對空間非合作目標(biāo)的在軌操作中，由抓捕任務(wù)中機(jī)械臂運(yùn)動導(dǎo)致的航天器本體的動力學(xué)、運(yùn)動學(xué)等特性的改變，致使航天器本體的在軌姿態(tài)和空間軌跡發(fā)生變化。這對軌道和姿態(tài)精度要求極高的在軌航天器控制系統(tǒng)提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。為了使姿態(tài)軌道控制系統(tǒng)做出精準(zhǔn)的控制策略，保證航天器正常在軌運(yùn)行，需要首先對所抓捕的空間非合作目標(biāo)的慣性參數(shù)進(jìn)行快速準(zhǔn)確辨識。對空間目標(biāo)物慣性參數(shù)的辨識一直是空間非合作目標(biāo)抓捕系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一[2]。由于在太空環(huán)境下，機(jī)器人常常處于自由飛行或自由漂浮[3]

5、狀態(tài)，航天器基座不固定，航天器本體和非合作目標(biāo)產(chǎn)生強(qiáng)烈的耦合關(guān)系H]，無法測量非合作目標(biāo)獨(dú)立的動力學(xué)、運(yùn)動學(xué)信息；在抓捕空間非合作目標(biāo)的過程中，由于其質(zhì)心未知，無法對未知物本身進(jìn)行受力分析，也即無法通過對目標(biāo)物單獨(dú)施加外力收稿日期：2015—09．07；退修日期：2015—09—30；錄用日期：2015-12-22；網(wǎng)絡(luò)出版時間：2016-01—0615：41網(wǎng)絡(luò)出版地址：WWW．cnki．net／kcms／detail／11．1929V．20160106．1541．004html基金項目：國家自然科學(xué)基金(51375034，61327809)；上海航天科技創(chuàng)新基金(SAST2015—075)

6、*通訊作者Tel：0451—86414117-8409E-mail：sjzhang@hitedu．cn引用梧武s孫?。畯埵澜埽R也．等空聞菲合作目標(biāo)慣性參數(shù)的Adaline兩絡(luò)辨識力法[J]．航空學(xué)報，2016，37(9)：2799-2808SUNJ．ZHANGSJ，MAY，eta1．Adalinenetwork．basedidentificationmethodofinertialparametersforspaceuncooperativetargetsfJ]．ActaAeronauticaetAstronauticaSinica，2016，37(9)j2799-2808．2800航空學(xué)報

7、Sep．252016V01．37No．9的辦法來實現(xiàn)對目標(biāo)質(zhì)量和質(zhì)心的測量，地面上對物體慣性參數(shù)的測量辦法到了空間就會變得失效。因此，針對空間參數(shù)辨識的強(qiáng)耦合、非線性等特點(diǎn)，需要采用系統(tǒng)的辨識方法，即將空間非合作目標(biāo)看作航天器本體一機(jī)械臂一空間非合作El標(biāo)這三者組成系統(tǒng)的一部分，通過分析系統(tǒng)的整體特性和可量測(航天器本體、機(jī)械臂)信息來求解未知部分即空間非合作目標(biāo)的特性。航天器本體機(jī)械臂一空間非合