国家标准计划《空间站大型挠性结构模态参数在轨测量及辨识方法》由 TC570（全国载人航天标准化技术委员会）归口 ，主管部门为中央军委装备发展部。

主要起草单位 北京控制工程研究所 。

空间站上的大型太阳翼、机械臂等挠性部件在轨展开后，由于其结构动力学与姿态和轨道动力学高度耦合，因此会对姿态和轨道控制系统的性能和稳定性产生不利影响。

受地面试验条件限制以及天地差异难以消除等因素影响，在地面上很难对这类大型空间挠性结构的在轨动力学进行准确建模，导致空间站入轨后其动力学模型存在很大的不确定性，有可能引起控制指标下降甚至失稳。

我国空间站的天和核心舱、问天实验舱均在轨对大型柔性太阳翼开展了挠性振动测量，并基于在轨测量数据辨识获取了高精度的结构模态参数，辨识结果为核心舱、实验舱姿轨控的控制参数优化设计评估以及太阳翼地面模型修正提供了依据，有力保障了我国首次23吨级大型航天器快速交会对接任务的顺利实施。

本标准意在规范空间站挠性结构模态参数的辨识过程，通过在轨激励、在轨测量实现模态参数辨识的目的，实现模型优化、控制参数优化等目的。

结合空间站任务特点及后续长期运营过程中的潜在需求，本标准的应用群体主要有以下五类： 应用1：面向空间站各舱段自带的大型挠性结构在轨辨识试验 我国空间站还将陆续增加扩展舱，面临组合体复杂构型下多组大型柔性太阳翼的状态，而且空间站将在轨运营十五年以上，柔性太阳翼结构在长期的冷热交变、多次对接冲击及空间辐照环境下材料特性的改变均可能会导致模态参数的变化，进而对组合体的高品质控制性能产生影响，需要持续、定期开展在轨模态测量与辨识，掌握柔性太阳翼挠性参数的变化规律，为组合体的长期控制性能评估提供技术支撑。

因此，该标准可以用于规范各舱段的研制单位对于太阳翼动力学参数的定期监测与辨识活动。

应用2：面向空间站科学试验的新材料、新结构的在轨辨识试验 国际空间站从上世纪90年代后在舱外开展过多次哈勃望远镜太阳翼动力学辨识试验，近些年针对卷轴式太阳翼试验件等新材料、新结构、新技术也开展了多次在轨试验和在轨动力学参数辨识。

中国空间站进入长期运营后，将为国内外的各类应用于航天器的新型柔性材料、新型伸技术、大挠性结构试验件等提供在轨模态参数测量与辨识的标准化科学试验及先期验证平台。

因此该标准可以用于此类科学试验需求。

应用3：面向中国空间站运营的国际合作 我国空间站在后续长期运营阶段规划有国际合作，有外国航天员进驻工作和对接外国舱段、飞船的潜在需求，随着空间站组合体构型的日益复杂，其外部的挠性结构也会越来越多，该标准有助于在国际范围内规范基于中国空间站组合体的在轨辨识规程。

应用4：面向国际领域合作的技术交流 美国、俄罗斯、日本等国在国际空间站、和平号空间站、ETS-VI/ETS-VIII卫星上也已开展过一定次数的在轨挠性测量与辨识试验，与我国在实施方案上各有特色，本标准将有助于增进国际同行对中国空间站在轨挠性测量与辨识技术领域的了解，促进更多的技术交流与合作，并将中国的相关经验推向国际。

应用5：面向大挠性航天器的在轨辨识试验 本标准对带有大型挠性结构航天器的在轨测量与辨识的有关方法进行总结提炼和规范，填补了国内在该技术领域标准规范的空白。

我国后续正在研制或论证中的包括地球轨道的双天线SAR卫星、天线卫星，深空领域的核堆供电体制探测器、太阳帆探测器、太阳能电站等航天器均带有大型挠性空间结构，均涉及通过在轨测量与辨识试验获取挠性结构模态参数的工程需求，本标准有助于规范化这类航天器的研制方开展在轨测量与辨识试验的全过程。

因此拟通过本标准的立项制定，将带有大型挠性结构航天器的在轨测量与辨识的有关方法进行总结提炼和规范，填补国内在该技术领域标准规范的空白，为具备类似特点的挠性航天器实施挠性测量与在轨辨识任务提供设计依据。

1、 适用范围： 本标准适用于空间站大型挠性结构模态参数在轨测量与辨识试验，其它具有大型挠性结构的航天器模态参数在轨测量与辨识试验可参照执行。 2、主要技术内容： 本标准规定了携带各类挠性结构的空间站在轨开展模态参数辨识试验的在轨辨识目的、在轨辨识要求、在轨辨识程序、地面处理要求、辨识有效性评价。 在轨辨识目的：获取挠性结构在空间微重力环境下的模态参数，为修正有限元模型和动力学模型提供依据；获取挠性结构在不同激励条件下的自由响应特性，为控制系统参数优化提供依据；监测空间站挠性结构模态参数变化规律及趋势，为挠性结构的在轨健康状态诊断提供依据。 在轨辨识原理：通过对空间站挠性结构在轨实施主动激励或被动激励，使被辨识结构产生模态振动，通过振动测量敏感器对振动数据进行采集，基于测量数据采用模态辨识方法完成模态参数识别。 对控制分系统要求：在轨辨识过程中，应优先保证空间站姿态可控，姿态角及角速度误差满足辨识任务及姿态控制安全性要求。 激励方式要求：一般采用空间站上的姿控和轨控推力器、控制力矩陀螺、太阳翼驱动机构对空间站挠性结构实施主动激励，也可利用外部扰动或冲击实施被动激励。 测量要求：一般采用陀螺、加速度、光学相机对被测挠性结构开展振动测量。测量传感器的频率响应范围应覆盖被测挠性结构的待测频率范围要求，其采样频率一般应大于被测挠性结构振动频率上限的2倍，测量数据的信噪比应满足模态参数辨识精度要求。 辨识方法要求：应能有效提取模态频率、阻尼、振型等模态参数，推荐采用成熟有效的模态辨识方法，例如FFT方法、ERA方法等。应完成对真伪模态的识别，推荐采用成熟有效的真伪模态识别方法，例如基于结构运动机理的方法、基于稳定图的方法等。 辨识有效性评价：模态参数辨识的误差源一般包括测量数据误差、数据处理误差、辨识方法误差等，应对由上述误差引起的辨识误差进行分析和量化评估，确认辨识结果的任务满足性。在轨辨识结果应通过由试验相关方组织的专家评审确认。