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(jī)械臂廣泛應(yīng)用于在軌服務(wù)及建設(shè)、深空探測(cè)、目標(biāo)監(jiān)視與觀測(cè)等各個(gè)方面。本文針對(duì)完成衛(wèi)星回收、空間站維修和搬運(yùn)等相關(guān)任務(wù)時(shí)，漂浮基空間機(jī)械臂抓取捕獲固體漂浮物體和充液漂浮物體的動(dòng)力學(xué)與控制問(wèn)題進(jìn)行研究。
　　首先，對(duì)漂浮基空間機(jī)械臂進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)建模，采用平行接近法設(shè)計(jì)漂浮基空間機(jī)械臂末端抓取裝置到達(dá)期望最終位置的運(yùn)動(dòng)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(jī)械臂基體的姿態(tài)角和各個(gè)關(guān)節(jié)角，以降低漂浮基空

2、間機(jī)械臂的能量消耗，消除抖動(dòng)，減少了漂浮基空間機(jī)械臂抓取裝置到達(dá)期望最終位置的時(shí)間。
　　其次，針對(duì)漂浮基空間機(jī)械臂抓取固體漂浮目標(biāo)的問(wèn)題，提出了一種魯棒控制律。根據(jù)能量守恒、動(dòng)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(jī)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(jī)械臂質(zhì)心運(yùn)動(dòng)距離的方程。設(shè)計(jì)魯棒軌跡跟蹤控制，使抓取過(guò)程中兩者質(zhì)心距離與漂浮基空間機(jī)械臂質(zhì)心運(yùn)動(dòng)距離均按照期望軌跡運(yùn)動(dòng)，以達(dá)到消除抖動(dòng)的目的。對(duì)于該

3、控制律不需測(cè)量固體漂浮目標(biāo)的質(zhì)量和速度,因此該控制律對(duì)固體漂浮目標(biāo)機(jī)動(dòng)具有較強(qiáng)的魯棒性。由于控制過(guò)程中只考慮兩者質(zhì)心距離與漂浮基空間機(jī)械臂質(zhì)心運(yùn)動(dòng)距離，因而實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單。仿真結(jié)果表明，所提出的控制律能夠消除振動(dòng)，增加系統(tǒng)穩(wěn)定性和魯棒性，同時(shí)在抓取控制中降低了漂浮基空間機(jī)械臂的能量消耗。
　　最后，針對(duì)漂浮基空間機(jī)械臂抓取充液漂浮目標(biāo)的問(wèn)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(wú)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(gè)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(wú)碰撞力質(zhì)心區(qū)域時(shí)，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(shí)，采用自適應(yīng)魯棒控制來(lái)對(duì)充液漂浮目標(biāo)的質(zhì)心晃動(dòng)帶來(lái)的系統(tǒng)時(shí)變模型進(jìn)行控制。由于充液漂浮目標(biāo)的質(zhì)心在無(wú)碰撞力質(zhì)心區(qū)域和碰撞力質(zhì)心區(qū)域間來(lái)回運(yùn)動(dòng)，采用模糊邏輯進(jìn)行其所處區(qū)域的判斷同時(shí)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(dòng)，增加系統(tǒng)穩(wěn)定性和