基于自適應(yīng)魯棒控制的空間抓取捕獲研究.pdf

1、隨著空間技術(shù)的發(fā)展，空間機械臂廣泛應(yīng)用于在軌服務(wù)及建設(shè)、深空探測、目標(biāo)監(jiān)視與觀測等各個方面。本文針對完成衛(wèi)星回收、空間站維修和搬運等相關(guān)任務(wù)時，漂浮基空間機械臂抓取捕獲固體漂浮物體和充液漂浮物體的動力學(xué)與控制問題進(jìn)行研究。
　　首先，對漂浮基空間機械臂進(jìn)行運動學(xué)建模，采用平行接近法設(shè)計漂浮基空間機械臂末端抓取裝置到達(dá)期望最終位置的運動軌跡。根據(jù)抓取裝置的期望最終位置勻速的改變漂浮基空間機械臂基體的姿態(tài)角和各個關(guān)節(jié)角，以降低漂浮基空

2、間機械臂的能量消耗，消除抖動，減少了漂浮基空間機械臂抓取裝置到達(dá)期望最終位置的時間。
　　其次，針對漂浮基空間機械臂抓取固體漂浮目標(biāo)的問題，提出了一種魯棒控制律。根據(jù)能量守恒、動量守恒和力守恒建立系統(tǒng)模型，將其轉(zhuǎn)化為關(guān)于漂浮基空間機械臂抓取裝置質(zhì)心和固體漂浮目標(biāo)質(zhì)心間距離與漂浮基空間機械臂質(zhì)心運動距離的方程。設(shè)計魯棒軌跡跟蹤控制，使抓取過程中兩者質(zhì)心距離與漂浮基空間機械臂質(zhì)心運動距離均按照期望軌跡運動，以達(dá)到消除抖動的目的。對于該

3、控制律不需測量固體漂浮目標(biāo)的質(zhì)量和速度,因此該控制律對固體漂浮目標(biāo)機動具有較強的魯棒性。由于控制過程中只考慮兩者質(zhì)心距離與漂浮基空間機械臂質(zhì)心運動距離，因而實現(xiàn)簡單。仿真結(jié)果表明，所提出的控制律能夠消除振動，增加系統(tǒng)穩(wěn)定性和魯棒性，同時在抓取控制中降低了漂浮基空間機械臂的能量消耗。
　　最后，針對漂浮基空間機械臂抓取充液漂浮目標(biāo)的問題，提出了一種多模型自適應(yīng)魯棒控制律。將充液漂浮目標(biāo)的質(zhì)心域劃分為無碰撞力質(zhì)心區(qū)域和碰撞力質(zhì)心區(qū)域。

4、分別建立兩個質(zhì)心區(qū)域的系統(tǒng)模型，并采用多模型控制的方法。當(dāng)充液漂浮目標(biāo)的質(zhì)心位于無碰撞力質(zhì)心區(qū)域時，采用同抓取固體漂浮目標(biāo)相同的魯棒控制；當(dāng)充液漂浮目標(biāo)的質(zhì)心位于碰撞力質(zhì)心區(qū)域時，采用自適應(yīng)魯棒控制來對充液漂浮目標(biāo)的質(zhì)心晃動帶來的系統(tǒng)時變模型進(jìn)行控制。由于充液漂浮目標(biāo)的質(zhì)心在無碰撞力質(zhì)心區(qū)域和碰撞力質(zhì)心區(qū)域間來回運動，采用模糊邏輯進(jìn)行其所處區(qū)域的判斷同時進(jìn)行多模型及控制律的切換。仿真結(jié)果表明，所提出的控制律能夠消除振動，增加系統(tǒng)穩(wěn)定性和