空間相機(jī)臂的關(guān)節(jié)控制器研制.pdf

1、隨著人類對(duì)宇宙空間探索的不斷深入，空間望遠(yuǎn)鏡被發(fā)射升空，而空間機(jī)械臂作為光學(xué)設(shè)施的機(jī)架伺服系統(tǒng)，是完成其跟蹤、定位目標(biāo)的重要機(jī)構(gòu)。機(jī)械臂關(guān)節(jié)控制器是空間相機(jī)臂的核心控制部件，其速度控制精度和運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性直接決定了機(jī)械臂的整體控制性能。本文即在“空間站相機(jī)臂式跟蹤定位機(jī)構(gòu)系統(tǒng)”項(xiàng)目的支持下，以研制一套高性能的機(jī)械臂關(guān)節(jié)控制器為目標(biāo)，對(duì)關(guān)節(jié)的三閉環(huán)控制策略及速度觀測(cè)器設(shè)計(jì)進(jìn)行研究，完成控制器的軟、硬件設(shè)計(jì)，并進(jìn)行關(guān)節(jié)控制的相關(guān)實(shí)驗(yàn)。
　

2、　本文首先對(duì)空間機(jī)械臂關(guān)節(jié)控制器的研究現(xiàn)狀進(jìn)行綜述，通過對(duì)關(guān)節(jié)控制器硬件電路及控制策略的分析確定了本文的研究方向，以DSP為核心設(shè)計(jì)關(guān)節(jié)控制器，并采用位置控制策略。
　　針對(duì)由永磁同步電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)的機(jī)械臂關(guān)節(jié)，本文給出了關(guān)節(jié)的數(shù)學(xué)模型及采用的位置、速度、電流三閉環(huán)控制策略，并詳細(xì)分析了電流矢量控制技術(shù)。在此基礎(chǔ)上，由內(nèi)至外對(duì)相互串聯(lián)的電流環(huán)、速度環(huán)、位置環(huán)逐層分析，分別建立其控制模型并對(duì)調(diào)節(jié)器參數(shù)進(jìn)行整定。為了檢驗(yàn)?zāi)Ｐ图皡?shù)計(jì)算的

3、正確性，本文在Simulink中搭建關(guān)節(jié)控制模型進(jìn)行仿真驗(yàn)證。
　　在低速條件下，通過位置差分濾波算法得到的關(guān)節(jié)速度，存在較大的量化誤差和滯后，這會(huì)影響系統(tǒng)的快速響應(yīng)性能，并引起內(nèi)環(huán)電流期望值的波動(dòng)。針對(duì)這些問題，本文設(shè)計(jì)了全維的速度觀測(cè)器，對(duì)關(guān)節(jié)的速度、位置及負(fù)載力矩進(jìn)行估計(jì)。仿真結(jié)果表明，觀測(cè)速度具有滯后小、噪聲低的優(yōu)點(diǎn)，將其作為速度閉環(huán)的反饋信號(hào)，能夠有效改善關(guān)節(jié)的低速控制性能。
　　最后，本文以DSP為核心完成對(duì)關(guān)節(jié)