扩张状态观测器下的FFSR末端轨迹跟踪控制

针对传统空间机器人控制方法需要测量角速度信息的问题,提出一种基于扩张状态观测器的优化控制方法,实现不确定条件下自由漂浮空间机器人(Free-Floating Space Robot,FFSR)末端轨迹跟踪控制。首先,在FFSR名义模型的基础上,考虑参数不精确以及外部扰动因素,建立更符合实际工程的FFSR模型;而后,通过增广变量方法将FFSR模型转化成状态空间表达形式,并基于此设计扩张状态观测器,对状态变量以及不确定项进行在线估计;进而,将观测器的输出作为控制器的输入,提出一种基于状态依赖黎卡提方程(State-Dependent Riccati Equation,SDRE)的优化控制方法;最后,在Matlab/Simulink平台上对所提控制方法进行数值仿真。结果表明:所设计的状态观测器能有效观测FFSR关节角的角速度以及末端抓手位置信息,且通过所设计的优化控制器能够实现机械臂末端的精确跟踪控制。

一种柔性机械臂末端轨迹跟踪的预测控制算法

针对柔性机械臂末端轨迹跟踪的内动态不稳定和模型不精确问题,提出一种用于柔性臂末端轨迹跟踪的预测控制算法.利用输入-输出线性化的方法使得柔性臂末端变量和弹性变量解耦,并根据状态反馈设计出一个非线性预测控制系统,将轨迹跟踪问题转换为状态跟踪问题.该控制系统通过平衡末端跟踪误差、弹性变量和控制力矩3个最优指标来克服内动态不稳定性,并采用最优控制律求解和力矩求解相分离的策略来提高运算速度,同时引入了实际输出数据进行误差补偿以减少模型误差对末端轨迹跟踪精度的影响.仿真结果表明,所提出的预测控制算法在保证柔性臂内动态稳定的同时,能有效解决模型失配引起的控制精度下降问题,并具有较快的运算速度.