漂浮基双臂空间机器人系统协调运动的模糊小波神经网络控制

讨论了本体姿态受控、位置不受控的情况下,漂浮基双臂空间机器人系统协调运动的动力学控制问题。依据系统动量守恒关系和拉格朗日第二类方程,推导了漂浮基双臂空间机器人系统的动力学方程。在系统参数未知的情况下,提出了一种小波基模糊神经网络控制器,以使双臂空间机器人系统的本体姿态和机械臂关节铰协调地跟踪各自在关节空间的期望运动轨迹。提出控制器的优点在于:不仅不要求系统动力学方程关于惯性参数呈线性函数关系,而且也不需要知道系统参数;由于采用反向传播算法对网络参数进行在线训练,从而使模糊神经网络具有较好的自学习和自适应能力,这样就不需要事先进行离线训练,更适应于空间机器人系统的实际应用。利用一个双臂空间机器人系统的仿真结果,验证了所提出控制器的有效性。

输入受限的漂浮基多柔性空间机器人轨迹跟踪的混合控制及振动主动抑制

空间机器人在实际运作中往往会遇到控制系统输入受限的情况,这将严重影响系统的控制品质。考虑输入受限的情况,对漂浮基多柔性空间机器人系统进行研究。通过对系统进行运动学和动力学分析,构建系统的动力学方程。采用奇异摄动方法,将刚柔耦合系统分为慢变子系统和快变子系统,并为各个子系统设计控制方法。最终提出由改进的鲁棒滑模模糊控制方法、速度差值反馈控制法和线性二次最优控制方法组成的混合控制方法。该控制方法能够主动减小空间机器人完成期望运动所需的力矩,使系统适应输入受限的工作条件;同时能够补偿系统的不确定参数和外部干扰,最终实现系统运动的精确控制和振动的主动抑制。仿真对比实验证明了在输入受限的情况下,所提出的混合控制方法的有效性和强适应性。

漂浮基闭链双臂空间机器人抓持系统动力学及载荷力/位置混合控制的模糊变结构控制器设计

讨论了载体位置、姿态均不受控制的漂浮基双臂空间机器人抓物系统的动力学建模和控制问题.利用拉格朗日方法和牛顿欧拉法分别建立了双臂空间机器人及负载的非线性动力学模型,结合空间机器人固有的特性及闭合链约束关系,得到抓持系统合成动力学方程.以此为基础,考虑到空间机器人系统结构的复杂性及某些参数的变动性,根据具有较强鲁棒性的变结构控制理论,针对该抓持系统惯性空间轨迹跟踪设计了全局滑模控制方案及相应的PI内力控制方案,从而达到位置、力的混合控制.为克服滑模控制器抖振的缺点,附加设计了模糊控制器.根据系统的输出来动态调节滑模控制器的参数,从而既可确保系统的快速响应又可降底原有的抖振.系统数值仿真征明了上述控制方案的有效性与准确性.

具有未知参数漂浮基双臂空间机器人惯性空间复合自适应控制

讨论了载体位置与姿态均不受控制情况下具有未知参数的漂浮基双臂空间机器人系统惯性空间的复合自适应控制问题。为了克服空间机器人系统控制方程关于惯性参数的非线性性质,空间机器人被表示为欠驱动形式的机器人系统,其优点在于保持了系统动力学方程关于惯性参数的线性性质。对系统的运动学分析表明,联系两个机械臂末端运动速度与机器人关节角速度的增广广义Jacobi关系亦可以表示为一组惯性参数的线性函数。以此为基础,针对系统参数不确定的情况,设计了空间机器人系统跟踪惯性空间期望运动轨迹的复合自适应控制方案。系统的数值仿真证实了控制方法的有效性。

漂浮基双臂空间机器人基于自适应遗传算法的最优非完整运动规划

讨论了漂浮基双臂空间机器人非完整运动的最优控制规划问题。以多体动力学理论为基础,导出了载体位置、姿态均不受控制情况下,双臂空间机器人耦合了系统动量守恒关系的系统动量矩守恒关系,并将其转化为控制系统状态方程。由此,将双臂空间机器人的非完整运动规划问题转化为非线性系统的控制问题。以此为基础,利用近似优化的方法,给出了双臂空间机器人基于自适应遗传算法的最优非完整运动规划控制算法。其优点在于,仅需要控制双臂空间机器人机械臂的关节运动,即可达到对载体姿态及机械臂关节位置的双重控制效果。一个平面双臂空间机器人系统的数值仿真,验证了算法的有效性。

漂浮基双臂空间机器人惯性空间轨迹跟踪的拟增广自适应控制

讨论了载体位置、姿态均不受控制的漂浮基双臂空间机器人系统的自适应控制问题。为了克服空间机器人系统动量及动量矩守恒关系的引入,使得系统动力学方程关于系统惯性参数呈非线性关系,给控制系统设计带来的困难,漂浮基双臂空间机器人系统的动力学方程被表示为欠驱动形式。其优点在于,相应的控制系统状态方程保持了惯常的关于系统惯性参数的线性性质。以此为基础,并借助于增广变量法,通过恰当地虚拟扩展系统的控制输入与输出,成功地克服了漂浮基双臂空间机器人系统自适应控制方案设计的难点,针对双臂空间机器人两个末端抓手持有载荷参数均未知的情况,设计了漂浮基双臂空间机器人两个末端抓手惯性空间轨迹跟踪的拟增广自适应控制方案。通过系统数值仿真,证实了上述控制方法的有效性。

具有外部扰动及不确定系统参数的漂浮基空间机器人关节运动的增广鲁棒控制

讨论了载体位置与姿态均不受控制的漂浮基空间机器人系统的鲁棒控制问题.利用拉格朗日方法及系统动量守恒关系导出了漂浮基空间机器人欠驱动形式的系统动力学方程,以确保得到的系统动力学方程关于一组适当选择的组合惯性参数呈线性函数关系.在此基础上,借助增广变量法针对末端爪手所持载荷参数存在不确定的情况,提出了对外部扰动具有鲁棒性的漂浮基空间机器人关节空间轨迹跟踪的拟增广鲁棒控制方案.所提控制方案由于充分利用空间机器人系统动量守恒关系,消除了动力学方程中载体位置相关量,因此具有不需要测量、反馈载体的位置、移动速度和移动加速度的显著优点;且由于对系统不确定参数及外部扰动始终采用保持鲁棒性的方式而非在线估计的方式,有效减少了计算量,因此更适用于机载计算机运算能力有限的空间机器人控制系统实时在线应用.一个平面两杆空间机器人系统的数值模拟仿真,证实了方法的有效性.

漂浮基双臂空间机器人姿态与末端抓手惯性空间轨迹协调运动的模糊滑模控制

本文讨论了载体姿态受控、位置不受控制的双臂空间机器人系统的控制问题。利用拉格朗日方法并结合系统动量守恒关系,建立了双臂空间机器人系统的非线性系统动力学模型。以此为基础,考虑到空间机器人系统结构的复杂性及其某些参数的变动性,根据具有较强鲁棒性的变结构控制理论,设计了双臂空间机器人载体姿态与两机械臂末端抓手惯性空间轨迹协调运动的滑模变结构控制方案。为了克服滑模变结构控制器抖振的缺点,附加设计了一个模糊控制器,以便根据系统的输出来动态调节滑模变结构控制器等速趋近率的系数,从而既确保了系统的快速响应而又消除了原有的抖振。系统数值仿真,证明了上述控制方案良好的控制效果。

漂浮基空间机器人系统基于增广变量思想的改进变结构滑模控制

讨论载体位置与姿态均不受控制的漂浮基空间机器人系统的控制问题。首先导出了空间机器人欠驱动形式的系统动力学方程。之后借助于增广变量法,证明可以将上述系统动力学方程及系统增广广义Jacobi矩阵分别表示为一组适当选择的组合惯性参数的线性函数。以此为基础,根据具有较强鲁棒性的变结构滑模控制理论,设计了一种空间机器人惯性空间期望轨迹跟踪的改进变结构滑模控制方案。与传统变结构滑模控制相比,所提控制方案通过一次离线预估控制律中相关矩阵元素的上下限,从而避免了实时控制过程中重复计算系统动力学方程中科氏力、离心力项的麻烦,因此有效减少了计算量,更适用于机载计算机运算能力有限的空间机器人控制系统实时应用。仿真运算,证实了方法的有效性。

自由漂浮双臂空间机器人基于RBF神经元网络的关节运动自适应控制

讨论了自由漂浮双臂空间机器人关节运动的控制问题。由拉格朗日第二类方法及系统动量、动量矩守恒关系,建立了自由漂浮双臂空间机器人完全能控形式的系统动力学方程。以此为基础,借助于RBF神经网络技术、Ge-Lee(GL)矩阵及其乘积算子定义,对自由漂浮双臂空间机器人进行了神经网络系统建模;之后针对双臂空间机器人系统所有惯性参数均未知的情况,设计了自由漂浮双臂空间机器人基于RBF神经元网络的关节运动自适应控制方案。提出的控制方案不要求系统动力学方程具有惯常的关于惯性参数的线性性质,且无需预知系统惯性参数的任何信息,也无需对神经网络进行离线训练、学习,所以更适于实时、在线应用。系统数值仿真证实了该控制方案的有效性。

自由漂浮双臂空间机器人基联坐标系内的一种增广变结构鲁棒控制方法

结合系统动量(矩)守恒关系,对自由漂浮双臂空间机器人系统进行了运动学和动力学分析,得到了一组与适当选择的惯性组合参数呈线性关系的欠驱动系统动力学方程,采用增广变量思想,克服通常情况下,空间机器人系统动力学方程关于系统惯性参数呈非线性关系的难点,设计了漂浮基双臂空间机器人末端爪手跟踪基联坐标系内期望轨迹的增广变结构鲁棒控制方案。该控制方案不需要反馈漂浮基的位置、移动速度及移动加速度;与自适应控制方案相比,该控制方案化积分运算为简单四则运算,计算量大为减小,有利于实时应用。数值仿真验证了算法的有效性。

漂浮基双臂空间机器人姿态、关节协调运动的模糊变结构滑模控制

讨论了载体姿态受控、位置不受控制的双臂空间机器人系统的控制问题。利用拉格朗日方法并结合系统动量守恒关系,建立了双臂空间机器人系统的非线性动力学模型。以此为基础,对双臂空间机器人姿态、关节协调运动的控制问题作了研究。考虑到空间机器人系统结构的复杂性及其某些参数的变动性,根据具有较强鲁棒性的滑模变结构控制理论,设计了双臂空间机器人姿态、关节协调运动的滑模变结构控制方案;为了克服滑模变结构控制器抖振的缺点,我们附加设计了一个模糊控制器,以便根据系统的输出来动态调节滑模变结构控制器等速趋近率的系数,从而既确保了系统的快速响应而又消除了原有的抖振。

漂浮基空间机器人双臂协调操作逆运动学的完全笛卡尔坐标方法

运用完全笛卡尔坐标方法讨论了漂浮基双臂空间机器人系统的逆运动学问题。为此 ,以系统的完全笛卡尔坐标做为系统广义坐标 ,对双臂空间机器人捕捉目标物体时的运动学关系做了分析 ,并结合系统的动量和动量矩守恒关系 ,给出了自由漂浮状态下以笛卡尔坐标表示的双臂空间机器人闭合系统的运动 Jacobi关系。以此为基础 ,讨论了空间机器人双臂协调操作的分解运动速度控制方法。提出的方法不涉及三角函数运算 ,仅涉及简单的加、减、乘、除四则运算 ,计算效率较高 ,有助于缓解空间机器人系统机载计算机计算能力有限的矛盾。仿真运算证实了方法的有效性。

动力学奇点在漂浮基双臂空间机器人姿态无扰运动规划中的应用

讨论了载体位置、姿态均不受控制的双臂自由浮动空间机器人的无扰运动规划问题。结合系统的动量及动量矩守恒关系,证明了动力学奇点的存在,并导出了动力学奇点的数学解析求解公式。在此基础上,利用动力学奇点给出了双臂自由浮动空间机器人载体姿态无扰运动路径的规划设计方法。该方法有助于空间环境下遥控机械手辅助航天器对接等任务操作的运动规划。

自由漂浮双臂空间机器人基于速度滤波器的惯性空间轨迹跟踪鲁棒控制

针对末端所持载荷参数未知的自由漂浮双臂空间机器人系统,提出了基于速度滤波器的鲁棒控制方法.利用拉格朗日方法进行运动学及动力学分析,建立了双臂空间机器人系统欠驱动形式的动力学模型.借助于增广变量法,证明了可将空间机器人系统的增广广义Jacobi矩阵及动力学方程表示为一组组合惯性参数的线性函数.在此基础上引入速度滤波器,设计了双臂空间机器人基于速度滤波器的惯性空间轨迹跟踪鲁棒控制方案.该速度滤波器可利用实测位置误差生成末端爪手的伪速度信号,有效避免了相关速度信号的实时测量与反馈.该方案的显著优点在于,不需要测量、反馈末端爪手的移动速度和加速度,同时有效消除了控制过程中的抖振现象.平面自由漂浮双臂空间机器人系统的数值仿真验证了算法的有效性.

柔性臂漂浮基空间机器人建模与轨迹跟踪控制

利用拉格朗日法和假设模态方法建立了末端柔性的两臂漂浮基空间机器人的非线性动力学方程.通过坐标变换,推导出一种新的以可测关节角为变量的全局动态模型,并在此基础上运用基于模型的非线性解耦反馈控制方法得到关节相对转角与柔性臂的弹性变形部分解耦形式控制方程.最后,讨论了柔性臂漂浮基空间机器人的轨迹跟踪问题,并通过仿真实例计算,表明该模型转换及控制方法对于柔性臂漂浮基空间机器人末端轨迹跟踪控制的有效性.

漂浮基空间机器人及其柔性影响下逆模神经网络控制

针对漂浮基空间机器人及其柔性影响下动力学模型,提出一种神经网络控制方法,把神经网络和传统反馈PI控制相结合构成一种混合性机器人逆模学习控制方案,并分析此控制方法工作原理。最后给出带两机械臂漂浮基空间机器人的仿真结果。结果表明所应用逆模控制方法具有较快收敛性和较高跟踪控制精度,是一种有效的控制方法。

闭链双臂空间机器人抓持载荷基于径向基函数神经网络的补偿控制

讨论具有闭合运动链的漂浮基双臂空间机器人抓持系统目标载荷的位置、力混合协调控制问题。采用多刚体动力学建模方法并结合漂浮基闭链抓持系统固有的运动学及动力学特性,获得抓持系统合成动力学方程。闭链双臂空间机器人系统参数极其复杂经常出现变动,针对抓持系统参数不确定的情况,根据神经网络控制理论和Lyapunov稳定性理论,设计该抓持系统基于径向基函数神经网络补偿的力/位置协调控制方案,从而达到对抓持负载位置与所受内力的双重控制效果。系统数值仿真证明了上述控制方案的准确性,仿真结果也证实了所提出的控制方案可有效地消除参数不确定对控制系统的影响。

漂浮基空间机器人协调运动的自适应控制与鲁棒控制

讨论了载体姿态受控、位置不受控制的漂浮基空间机器人协调运动的控制问题。借助于虚拟扩展系统的控制输入与输出 ,克服了漂浮基空间机器人系统控制方程关于惯性参数呈非线性函数关系的难点 ,保持了控制方程关于惯性参数的线性函数关系。以此为基础 ,针对末端抓手所持载荷参数是未知及不确定的两种情况 ,分别设计了载体姿态及末端抓手惯性空间轨迹协调运动的自适应控制方案与鲁棒控制方案。

漂浮基柔性关节、柔性臂空间机器人动力学建模、饱和鲁棒模糊滑模控制及双重柔性振动主动抑制

讨论受到外部干扰影响的参数不确定的漂浮基柔性关节、柔性臂空间机器人系统的动力学建模过程、运动控制律设计和关节、臂双重柔性振动的主动抑制问题。利用动量、动量矩守恒关系和拉格朗日-假设模态法建立系统动力学方程。基于奇异摄动法,将系统分解为相互独立的三个子系统:慢变子系统、快变子系统1和快变子系统2。针对慢变子系统提出一种饱和鲁棒模糊滑模控制律来补偿不确定参数、柔性关节引起的转角误差以及外部干扰的影响,从而实现系统期望运动轨迹的渐近跟踪。饱和函数的运用可减弱滑模控制自身的抖振;针对快变子系统1设计一种速度差值反馈控制器来抑制柔性关节引起的系统柔性振动;针对快变子系统2采用线性二次型最优控制器来抑制柔性臂引起的系统柔性振动。仿真试验证明所提出的混合控制律的有效性。