带有空间机械臂的航天器系统惯性参数辨识
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３ ８ ８ ． ｗｅ ｎ Ｋｕ ｎ， Ｌｉ ａ ｏ Ｙｉ ｎ ｇ ， Ｙａ ｎ ｇ Ｙａ ｊ ｕ ｎ ．Ｉ ｄ ｅ ｎ ｔ ｉ ｆ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｉ ｎ ｅ ｒ ｔ ｉ ａ ｐ ａ ｒ ａ ｍｅ ｔ ｅ ｒ ｓ ｆ ｏ ｒ ｓ ｐ ａ ｃ ｅ ｃ ｒ ａ ｆ ｔ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｗｉ ｔ ｈ ａ ｓ ｐ ａ ｃ ｅ ｍａ ｎ ｉ ｐ ｕ ｌ ａ ｔ ｏ ｒ
ｎ ｉ ｐ ｕ ｌ ａ ｔ ｏ ｒ ａ ｓ ａ ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｏ ｂ ｊ ｅ ｃ ｔ ，ｔ ｈ ｉ ｓ ｐ ａ ｐ ｅ ｒ ｅ ｓ ｔ ａ ｂ ｌ ｉ ｓ ｈ ｅ ｓ ａ ｄ ｙ ｎ ａ ｍｉ ｃ ｓ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｓ ｐ ａ ｃ ｅ ｃ ｒ ａ ｆ ｔ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ａ ｓ ｐ ａ ｃ ｅ ｍａ —
第 ３ ４卷 第 ４期 ２ ０ １ ５年 ８月
飞 行 器 测 控 学 报
Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｓ ｐａ ｃ ｅ ｃ ｒ ａ ｆ ｔ ＴＴ＆ Ｃ Ｔｅ ｃ ｈｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ
Ｖｏ１ ． ３ ４ Ｎｏ． ４
Ａｕ ｇｕ ｓ ｔ ２ ０１ ５
引 用格 式 ：文 坤 ，廖 瑛 ，杨 雅 君 ． 带 有 空 间机 械 臂 的 航 天 器 系统 惯 性 参 数 辨 识 ［ Ｊ ］ ．飞 行 器 测 控 学报 ，２ ０ １ ５ ，３ ４（ ４ ） ：３ ８ １ —
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｃ ｏ ｎ ｓ ｉ ｄ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ｔ ｈ ｅ ｐ ｒ ｏ ｂ ｌ ｅ ｍ ｏ ｆ ｏ ｎ － ｏ ｒ ｂ ｉ ｔ ｉ ｄ ｅ ｎ ｔ ｉ ｆ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｉ ｎ ｅ ｒ ｔ ｉ ａ ｐ ａ ｒ ａ ｍｅ ｔ ｅ ｒ ｓ ｏ ｆ ｓ ｐ ａ ｃ ｅ ｃ ｒ ａ ｆ ｔ ａ ｎ ｄ ｔ ａ ｋ ｉ ｎ ｇ ｓ ｐ ａ ｃ ｅ ｍａ —
系统 动 力 学模 型 ，并进 行 了空 间 机 械 臂 的 动 力 学 分 析 。 通 过 规 划 一 种 复 杂 的 空 间机 械 臂 的 运 动 轨 迹 ，对 机 械 臂 各 关 节施 加 合 适 激 励 的 方 法 ，使 空 间 机 械 臂 做 充 分 可 变构 型 运 动 。 该 运 动 会 改 变航 天 器 系统 的惯 性 分 布 ，从 而
Ｗ ＥＮ Ｋｕ ｎ ，ＬＩ ＡＯ Ｙｉ ｎ ｇ ～，ＹＡＮＧ Ｙａ ｊ ｕ ｎ
（ １ ．Ｃｏｌ ｌ ｅ ｇ ｅ ｏｆ Ｉ ｎ ｆ ｏｒ ｍａ ｔ ｉ ｏｎ Ｅｎｇ ｉ ｎｅ ｅ ｒ ｉ ｎｇ， Ｘｉ ａ ｎｇ ｔ ａｎ Ｕ ｎｉ ｖｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ，Ｘ ｉ ａ ｎ ｇｔ ａ ｎ， Ｈ ｕｎ ａ ｎ Ｐｒ ｏ ｖ ｉ ｎ ｃ ｅ ４１ １１ ０ ５；
２ ． Ｃｏ ｌ ｌ ｅ ｇ ｅ ｏ ｆ Ａｅ ｒ ｏ ｓ ｐ ａ ｃ ｅ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ Ｅｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ，Ｎａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｄｅ ｆ ｅ ｎ ｓ ｅ Ｔｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ，Ｃｈ ａ ｎ ｇ ｓ ｈ ａ ４ １ ０ ０ ７ ３ ）
中图 分 类 号 ：Ｖ４ ４ ８ 文献 标 志码 ：Ａ 文章 编 号 ：１ ６ ７ ４ — ５ ６ ２ ０ （ ２ ０ １ ５ ） ０ ４ — ０ ３ ８ １ — ０ ８
ＤｏＩ ：１ ０ ． ７ ６ ４ ２ ／ ｉ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ６ ７ ４ — ５ ６ ２ ０ ． ２ ０ １ ５ － ０ ４ — ０ ３ ８ １ － ０ ８
引 起 航 天 器 系 统 速 度 变 化 。 然 后 ， 通 过 ＡＤＡＭ Ｓ （ Ａｕ ｔ ｏ ｍａ ｔ ｉ ｃ Ｄｙ ｎ ａ ｍｉ ｃ Ａｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｏ ｆ Ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ Ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍｓ ，机 械 系 统
动 力 学 自动分 析 ）软 件 建模 测 量 这 些 速 度 变化 ，计 算 出空 间机 械 臂 的 惯 性 变 化 ，进 而基 于动 量 和 动 量 距 守恒 的
方 法 建 立 线性 回 归 方程 。 最后 ，通 过 应 用 递 推 最 小 二 乘 法 解 线 性 回 归 方 程 组 ，辨 识 出 了航 天 器 的 惯 性 参 数 。仿 真 分 析 结 果表 明 了所 辨 识 的航 天 器 惯 性 参 数 的 有 效 性 和 准确 性 。 关 键 词 ： 空 间机 械 臂 ；可 变 构 型 ；递 推 最 小二 乘 法 ；・ 睛性 参 数 ；在 轨 辨 识
文 坤 ，廖 瑛 ，杨 雅 君
（ １ ．湘 潭 大 学 信 息 工 程 学 院 ・湖 南 湘潭 ・ ４ １ １ １ ０ ５ ； ２ ．国 防科 学 技 术 大 学航 天科 学 与 工 程 学 院 ・长 沙 ・ ４ １ ０ ０ ７ ３ ）
摘
要 ：针 对航 天 器 惯 性 参 数 在 轨 辨 识 问题 ，文 章 以 空 间机 械 臂 为研 究 对 象 ，建 立 了带 有 空 间 机 械 臂 的 航 天 器
ｌ － Ｊ ］ ． Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｓ ｐ ａ ｃ ｅ ｃ ｒ ａ ｆ ｔ Ｔ Ｔ＆ｃ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ， ２ ０ １ ５ ３ ４（ ４ ） ：３ ８ １ — ３ ８ ８ ．
带 有 空 间 机 械 臂 的 航 天 器 系 统 惯 性 参 数 辨 识
Ｉ ｄ ｅ ｎｔ ｉ ｆ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ０ ｎ ｏ ｆ Ｉ ｎ ｅ ｒ ｔ ｉ ａ Ｐａ ｒ ａ ｍｅ ｔ ｅ ｒ ｓ ｆ ｏ ｒ Ｓ ｐ ａ ｃ ｅ ｃ ｒ ｔ ｈ ａ Ｓ ｐ ａ ｃ ｅ Ｍａ ｎ ｉ ｐ ｕ ｌ ａ ｔ ｏ ｒ
ｎ ｉ ｐ ｕ ｌ ａ ｔ ｏ ｒ ａ ｓ ａ ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｏ ｂ ｊ ｅ ｃ ｔ ，ｔ ｈ ｉ ｓ ｐ ａ ｐ ｅ ｒ ｅ ｓ ｔ ａ ｂ ｌ ｉ ｓ ｈ ｅ ｓ ａ ｄ ｙ ｎ ａ ｍｉ ｃ ｓ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｓ ｐ ａ ｃ ｅ ｃ ｒ ａ ｆ ｔ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ａ ｓ ｐ ａ ｃ ｅ ｍａ —
第 ３ ４卷 第 ４期 ２ ０ １ ５年 ８月
飞 行 器 测 控 学 报
Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｓ ｐａ ｃ ｅ ｃ ｒ ａ ｆ ｔ ＴＴ＆ Ｃ Ｔｅ ｃ ｈｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ
Ｖｏ１ ． ３ ４ Ｎｏ． ４
Ａｕ ｇｕ ｓ ｔ ２ ０１ ５
引 用格 式 ：文 坤 ，廖 瑛 ，杨 雅 君 ． 带 有 空 间机 械 臂 的 航 天 器 系统 惯 性 参 数 辨 识 ［ Ｊ ］ ．飞 行 器 测 控 学报 ，２ ０ １ ５ ，３ ４（ ４ ） ：３ ８ １ —
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｃ ｏ ｎ ｓ ｉ ｄ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ｔ ｈ ｅ ｐ ｒ ｏ ｂ ｌ ｅ ｍ ｏ ｆ ｏ ｎ － ｏ ｒ ｂ ｉ ｔ ｉ ｄ ｅ ｎ ｔ ｉ ｆ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｉ ｎ ｅ ｒ ｔ ｉ ａ ｐ ａ ｒ ａ ｍｅ ｔ ｅ ｒ ｓ ｏ ｆ ｓ ｐ ａ ｃ ｅ ｃ ｒ ａ ｆ ｔ ａ ｎ ｄ ｔ ａ ｋ ｉ ｎ ｇ ｓ ｐ ａ ｃ ｅ ｍａ —
系统 动 力 学模 型 ，并进 行 了空 间 机 械 臂 的 动 力 学 分 析 。 通 过 规 划 一 种 复 杂 的 空 间机 械 臂 的 运 动 轨 迹 ，对 机 械 臂 各 关 节施 加 合 适 激 励 的 方 法 ，使 空 间 机 械 臂 做 充 分 可 变构 型 运 动 。 该 运 动 会 改 变航 天 器 系统 的惯 性 分 布 ，从 而
Ｗ ＥＮ Ｋｕ ｎ ，ＬＩ ＡＯ Ｙｉ ｎ ｇ ～，ＹＡＮＧ Ｙａ ｊ ｕ ｎ
（ １ ．Ｃｏｌ ｌ ｅ ｇ ｅ ｏｆ Ｉ ｎ ｆ ｏｒ ｍａ ｔ ｉ ｏｎ Ｅｎｇ ｉ ｎｅ ｅ ｒ ｉ ｎｇ， Ｘｉ ａ ｎｇ ｔ ａｎ Ｕ ｎｉ ｖｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ，Ｘ ｉ ａ ｎ ｇｔ ａ ｎ， Ｈ ｕｎ ａ ｎ Ｐｒ ｏ ｖ ｉ ｎ ｃ ｅ ４１ １１ ０ ５；
２ ． Ｃｏ ｌ ｌ ｅ ｇ ｅ ｏ ｆ Ａｅ ｒ ｏ ｓ ｐ ａ ｃ ｅ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ Ｅｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ，Ｎａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｄｅ ｆ ｅ ｎ ｓ ｅ Ｔｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ，Ｃｈ ａ ｎ ｇ ｓ ｈ ａ ４ １ ０ ０ ７ ３ ）
中图 分 类 号 ：Ｖ４ ４ ８ 文献 标 志码 ：Ａ 文章 编 号 ：１ ６ ７ ４ — ５ ６ ２ ０ （ ２ ０ １ ５ ） ０ ４ — ０ ３ ８ １ — ０ ８
ＤｏＩ ：１ ０ ． ７ ６ ４ ２ ／ ｉ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ６ ７ ４ — ５ ６ ２ ０ ． ２ ０ １ ５ － ０ ４ — ０ ３ ８ １ － ０ ８
引 起 航 天 器 系 统 速 度 变 化 。 然 后 ， 通 过 ＡＤＡＭ Ｓ （ Ａｕ ｔ ｏ ｍａ ｔ ｉ ｃ Ｄｙ ｎ ａ ｍｉ ｃ Ａｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｏ ｆ Ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ Ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍｓ ，机 械 系 统
动 力 学 自动分 析 ）软 件 建模 测 量 这 些 速 度 变化 ，计 算 出空 间机 械 臂 的 惯 性 变 化 ，进 而基 于动 量 和 动 量 距 守恒 的
方 法 建 立 线性 回 归 方程 。 最后 ，通 过 应 用 递 推 最 小 二 乘 法 解 线 性 回 归 方 程 组 ，辨 识 出 了航 天 器 的 惯 性 参 数 。仿 真 分 析 结 果表 明 了所 辨 识 的航 天 器 惯 性 参 数 的 有 效 性 和 准确 性 。 关 键 词 ： 空 间机 械 臂 ；可 变 构 型 ；递 推 最 小二 乘 法 ；・ 睛性 参 数 ；在 轨 辨 识
文 坤 ，廖 瑛 ，杨 雅 君
（ １ ．湘 潭 大 学 信 息 工 程 学 院 ・湖 南 湘潭 ・ ４ １ １ １ ０ ５ ； ２ ．国 防科 学 技 术 大 学航 天科 学 与 工 程 学 院 ・长 沙 ・ ４ １ ０ ０ ７ ３ ）
摘
要 ：针 对航 天 器 惯 性 参 数 在 轨 辨 识 问题 ，文 章 以 空 间机 械 臂 为研 究 对 象 ，建 立 了带 有 空 间 机 械 臂 的 航 天 器
ｌ － Ｊ ］ ． Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｓ ｐ ａ ｃ ｅ ｃ ｒ ａ ｆ ｔ Ｔ Ｔ＆ｃ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ， ２ ０ １ ５ ３ ４（ ４ ） ：３ ８ １ — ３ ８ ８ ．
带 有 空 间 机 械 臂 的 航 天 器 系 统 惯 性 参 数 辨 识
Ｉ ｄ ｅ ｎｔ ｉ ｆ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ０ ｎ ｏ ｆ Ｉ ｎ ｅ ｒ ｔ ｉ ａ Ｐａ ｒ ａ ｍｅ ｔ ｅ ｒ ｓ ｆ ｏ ｒ Ｓ ｐ ａ ｃ ｅ ｃ ｒ ｔ ｈ ａ Ｓ ｐ ａ ｃ ｅ Ｍａ ｎ ｉ ｐ ｕ ｌ ａ ｔ ｏ ｒ