不同重力环境的空间机械臂自抗扰轨迹跟踪控制

针对空间机械臂在地面装调与空间应用时,由于重力环境变化导致机械臂模型发生变化的问题,提出了一种自抗扰控制算法,用于完成空间机械臂轨迹跟踪控制的任务.该算法通过将系统模型及未知外扰作为系统的总和扰动,并利用扩张状态观测器对该扰动进行观测且给予补偿,从而提高了系统抗扰的性能.当机械臂模型随重力环境变化而发生变化时,使用同一个自抗扰控制器对其末端轨迹进行控制,均能取得较好的控制效果.通过对系统的稳定性进行分析,证明了所设计控制器的有效性.将仿真结果与PD控制及自适应鲁棒控制做比较,结果表明该控制算法不仅能适应机械臂模型的变化而且还能有效抵抗系统的扰动,从而使系统具有较强的鲁棒性.

不同重力环境下空间机械臂轨迹跟踪的自适应反演滑模控制

针对空间机械臂由地面装调到空间应用过程中重力的变化会对机械臂运动所需的驱动力矩及轨迹跟踪精度产生影响的问题,提出了用自适应反演滑模控制器对空间机械臂的末端进行跟踪控制的方法。该控制器根据反演原理设计,通过将重力项视为扰动并采用自适应律对扰动进行在线估计,从而使空间机械臂在地面重力及空间微重力两种环境下均能取得很好的轨迹跟踪效果。基于李雅普诺夫理论证明了这种控制的稳定性,仿真结果验证了这一控制方法的有效性。将轨迹跟踪的仿真结果与PD控制进行了比较,比较结果显示了该控制方法的优越性。

仿人机器人混联构型手臂的动力学建模与控制

针对串一并混联结构机器人因其复杂的拓扑结构给动力学建模与控制带来困难的问题,以一种4自由度串一并混联仿人机械臂为例进行了动力学建模与控制方法研究。利用旋量与李代数计算结合虚功原理推导了基于质心螺旋系数的动力学方程,以避免约束反力处理和逻辑开链划分以及大量的微分运算。在此基础上,考虑混联结构的强耦合性及系统不确定性,提出了基于反演策略的神经网络自适应鲁棒控制方案并对其进行轨迹跟踪控制仿真,将仿真结果与理想反演控制方案进行了比较,验证了所提控制方案的有效性及优越性。

基于滑模的混联仿人空间机械臂轨迹跟踪控制

针对空间高速目标抓取任务中对手臂伸出定位基本动作的要求,提出一种4-DOF串并混联仿人机械臂。重点设计了以球面并联机构为机构原型的高承载力肩关节以及轻量化的驱动装置与低惯量的布置形式。考虑混联的结构特点,利用李群李代数法并结合虚功原理推导了机械臂的动力学方程,该方法可避免约束反力的处理与逻辑开链的划分以及大量的微分运算。在此基础上,针对混联结构的强非线性和强耦合性,使用滑模控制器对机械臂进行轨迹跟踪控制,验证了所提滑模控制器的有效性。

考虑重力影响的空间机械臂轨迹跟踪滑模控制

针对空间机械臂由地面装调到空间应用过程中重力环境发生变化的问题,使用滑模控制器对空间机械臂进行控制,通过将配置特殊的非线性结构-fal函数引入趋近律的设计中,提出一种新的基于趋近律的滑模控制方法,并基于李亚普诺夫理论证明了闭环系统的渐近稳定性.仿真结果表明该方法能够很好地完成不同重力环境下机械臂的轨迹跟踪控制任务,并具有较强的鲁棒性.

基于液体晃动干扰观测器的航天器混沌姿态H_∞控制

针对航天器受液体燃料晃动及内外周期性微小激励耦合影响产生混沌运动的问题,提出了基于神经网络干扰观测器的自适应H∞鲁棒控制方案,以实现充液航天器混沌姿态运动的消除与液体燃料晃动的抑制.基于神经网络的非线性逼近能力设计干扰观测器,自适应跟踪补偿液体晃动、参数不确定及外扰引起的耦合扰动,解决液体燃料晃动角速度及外扰不易直接测量的问题,提高控制器对系统不确定的自适应能力及液体晃动的抑制能力.同时考虑观测误差与模型不精确问题,利用H∞控制策略提高控制器的鲁棒性.通过与现有常用控制策略的对比仿真研究,验证了控制方案的有效性及优势.