挠性航天器传感器优化配置及参数辨识研究

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1、万方数据挠性航天器传感器优化配置及参数辨识研究1．2国内外研究现状1．2．1传感器优化配置方法研究进展传感器优化配置是进行在轨模态参数识别亟待解决的首要问题。近20年来，国内外学者在这方面做了大量开拓性工作。主要包括：Kammer提出的有效独立法【11

2、，从试验数据中提取目标模态线性独立性贡献较大的节点，对大型空间结构传感器(如图1．2．1．3)部署进行研究；Penny等采用Guyan缩聚方法【12j，将响应起主要作用的主坐标节点保留下来作为传感器部署位置；[13．14]中提出了模态动能法，选择模态动能较大的节点作为配置点；T01son和Huallg采用逐步消去法配置作动器传感器以用

3、于形状控制【15】；Salallla采用模拟退火算法配置传感器以用于模型相关分析【16】；I渤和PaIl采用遗传算法研究了平面桁架结构中传感器优化配置，得到了最优配置【l7J；Yao等将遗传算法应用航天器传感器优化配置中，在遗传算子中采用了一种强制变异方法，提升了收敛值，得出了接近最优的配置方案ll引。图1．2SSF待测点分布情况Fig．1．2TestpointdistributionofSSF图1．3SSF传感器布置点分布情况Fig．1．3SensordistributiOnofSSF2万方数据大连理工大学硕士学位论文国内刘福强等提出了简单易行、计算效率高的次优方法一一逐步消减法【

4、l圳。孙少勇研究了大型空间网状天线反射面在轨控制的作动器／传感器优化配置方法研究，采用能量准则与H∞鲁棒性能准则，建立了同时考虑控制增益和传感器／作动器配置两组参数优化设计的双目标优化函划20】。崔飞提出了模态置信度法，首先根据经验和初算来拟定一组测点，然后从剩余的模型自由度中每次增加一个测点，并以减小MAC矩阵中非对角元的最大值作为目标，来达到测点优化的目的【2lJ。刘伟等提出的有效独立一模态动能法(EI—MKE)和有效独立一平均加速度幅值法(E卜A从)有较强的抗噪性【22I。李东升等基于模态动能法和有效独立法，对模态矩阵进行正交三角分解(QR)，提高了迭代计算的效率【2引。近几年

5、来，由于遗传及其改进算法全局优化搜索的优势【2引，在实际工程中被广泛应用。李文博等人应用基于均匀设计的遗传算法对星载天线上的传感器进行了优化配置【25

6、。耿飞，龙海辉等针对卫星太阳能帆板传感器的优化配置问题，对传统遗传算法的局限性和不足做出改进，提出了自适应改进遗传算法【26

7、。通过自适应调整交叉概率与变异概率和优秀个体保护，克服了传统遗传算法的早熟和发散现象的缺陷。实验结果表明，改进的遗传算法对于传感器的配置优化是有效的。文献[27]针对GATERUR飞机模型，通过仿真比较上述几种优化算法，证明了遗传算法的优越性。覃柏英，林贤坤等探讨了单目标和多目标优化的传感器优化配置问题，通过与

8、现有的模态动能法、有效独立法及基于QR分解的逐步累积法进行比较，传感器优化配置的结果表明提出的整数编码遗传算法优于上述三种方法【28】。1．2．2模态参数识别方法模态参数识别方法分为频域法和时域法两种。频域法发展较早，现在已经比较成熟，频域法最大的优点在于利用频域平均技术来抑制噪声的影响，不过也存在一些不足，比如功率泄露、频率混叠等等【2引。时域法是近年来才被重视发展起来的新技术，它只使用利用实测响应信号，不需要对信号进行傅里叶变换，可以克服频域法的一些缺陷，支持在线分析，使用设备简单，能够取得较理想的效果【3引。由于空间结构在轨辨识的柔性结构，低频密集且难于施加己知激励，而施加的激

9、励源信号又难以测量的动力学参数特点，目前航天器结构越来越多的采用时域方法【311。1984年美国国家航空与宇航局(NASA)所属的Langley研究中心发展了特征系统实现法(ERA法)【3引，该方法理论技术先进、计算量小、识别精度高，是目前最完善又先进的方法之一，对于大型复杂结构能够识别出密集模态和重根情形，效果良好。Juang和Pappa等人利用该法对Galileo航天器和哈勃空间望远镜(HST)的模态参数进行了在轨辨识【3引，Yalllaguchi等人通过利用星上的助推火箭产生的随机激励信号和飞轮产生万方数据挠性航天器传感器优化配置及参数辨识研究的控制力矩，成功对ETS—VI／V

10、III系列的卫星进行了系统的在轨辨识实验和鲁棒性控制实验等等【34J。1。3主要研究内容本论文首先介绍了传统的几种传感器优化配置方法，包括模态动能法、有效独立法、模态置信法，详细描述了每种方法对应的优化准则及评价准则，在此基础上将有效独立法和遗传算法结合，提出了一种基于参数识别误差最小准则的遗传算法，将传统方法及改进的遗传算法应用到平面桁架和挠性卫星两个算例中进行仿真验证。最后介绍了一种参数辨识时域方法：特征系统最小实现算法，从辨识模态参数是否准确这一角度