[发明专利]一种大型空间结构在轨模态参数辨识方法

说明书

本发明公开了一种大型空间结构在轨模态参数辨识方法，计算高斯函数与系统脉冲响应函数的卷积，求出复时域信号；计算系统的包络函数和瞬时相位；将包络函数和瞬时相位方程写为留数模和相位的形式，计算留数的模和相位方程；从模和相位方程中得到参数辨识方程，求系统的模态参数；本发明能够利用脉冲喷气激励，通过布置的位移或加速度传感器得到的结构振动信息，辨识大型空间结构的模态参数。

技术领域

本发明属于大型空间结构动力学的技术领域，具体涉及一种大型空间结构在轨模态参数辨识方法。

背景技术

大型空间结构动力学参数的准确获取，是对其进行在轨精确控制的前提条件。对大型变结构空间站进行控制之前，必须首先了解结构的动力学参数，如固有频率、阻尼等，这样才能设计控制器进行有效控制。大型空间结构构型多样且十分复杂，难以建立精确的动力学模型，目前只能建立比较粗略的有限元模型，存在较大误差，因此依据在轨辨识获取准确模型对于控制系统的设计具有极大意义。由于大型空间结构尺度非常大，难以在地面开展全尺寸模拟试验，且边界条件也模拟不准确，使得地面试验的准确性很难保证，必须通过在轨辨识系统进行验证。同时，在轨运行的大型空间结构可能实施的展开和收拢、对接和分离等变构型动作，在地面设计中也难以模拟，因而无法准确得到状态参数。因此必须对大型空间结构进行实时跟踪和对其动态性能进行辨识。

大型空间结构的特点是尺寸大、质量轻、阻尼小、柔性大，在低频段具有很密集的模态，并且存在着严重的耦合作用，这些特点使得结构的模态参数提取难度很大。传统的模态参数辨识方法具有各自的优缺点，对于一般结构的模态参数辨识，都能满足要求。但是对于大型空间结构的模态参数辨识，由于存在低频密集耦合模态，传统的方法就不能完全满足要求，存在辨识精度不高，漏掉模态等缺点。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种大型空间结构在轨模态参数辨识方法，能够利用脉冲喷气激励，通过布置的位移或加速度传感器得到的结构振动信息(位移、加速度等)，辨识大型空间结构的模态参数。

实现本发明的技术方案如下：

一种大型空间结构在轨模态参数辨识方法，包括以下步骤：

步骤一、计算高斯函数与大型空间结构脉冲响应函数的卷积，求出复时域信号；

步骤二、根据复时域信号计算大型空间结构的包络函数和瞬时相位；

步骤三、将包络函数和瞬时相位方程写为留数模和相位的形式，计算留数的模和相位方程；

步骤四：从模和相位方程中得到参数辨识方程，获得大型空间结构的模态参数。

进一步地，步骤一中，包含M阶模态的大型空间结构脉冲响应函数为

其中：t是时间变量，m是模态阶数，A^(m)和分别是第m阶模态的留数和相位，ζ^(m)是第m阶模态阻尼，是无阻尼角频率，是有阻尼角频率，二者之间有的关系。

进一步地，步骤一中，高斯函数为

其中：t₀是初始时间，k是模态阶数，为第k阶有阻尼模态角频率，是滤波函数的陡度参数。通过调节陡度参数，可以改变滤波带宽，同时可以进行滤波分辨率的调节，当变大时，滤波带宽变大，改变t₀，可以调节滤波中心频率的位置，由此解决大型空间结构的密集模态提取和漏频问题。

进一步地，步骤一中，复时域信号由高斯函数与系统脉冲响应函数卷积得到

式中τ为时间变量。

当m＝k时，可得到k阶模态的系统复时域信号