吴凡,段云钊,赵梓辰,奚瑞辰,乐欣龙
摘要: 转动惯量是航天器姿态控制系统中的关键参数,对转动惯量的精准、快速辨识是实现高精度航天器姿态控制的前提。然而,在实际航天任务中,转动惯量往往呈现强非线性高动态的时变特征,为转动惯量辨识带来了巨大困难。本文面向自主、高效的在轨辨识需求,针对传统机理模型方法建模精度受限,数据驱动方法对数据质量要求高、对分布外场景敏感等问题,提出一种数据与机理融合的转动惯量辨识与在轨更新方法。首先,针对因燃料消耗和附件展开引起的航天器质心偏移,建立了转动惯量时变特性的物理模型,并结合域随机化方法生成了高保真的训练数据。其次,本文提出一种融合Bi-GRU与注意力机制的时变转动惯量辨识模型,并基于观测扰动构建的噪声对抗训练机制,实现了复杂噪声条件下的稳定辨识。然后,基于伪标签监督和物理约束损失设计了星上模型的自主更新策略,实现了离线模型的轻量化在线参数更新。最后,将数据模型与机理模型融合的辨识策略嵌入姿态闭环控制回路,形成了由控制回路到数据池、由数据池到辨识回路、再由辨识回路到控制回路的星上自主工作模态。仿真结果表明,本文所提方法能将转动惯量辨识误差控制在1%以内,在有限数据存储与信息时延影响下的姿态控制精度优于1°。
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