空間機(jī)械臂柔性關(guān)節(jié)的位置及抑振控制研究.pdf

1、目前，世界上大多數(shù)國家都十分重視對太空資源的利用和開發(fā)，空間機(jī)械臂的研究已經(jīng)成為空間技術(shù)研究領(lǐng)域內(nèi)的一個(gè)重要研究方向，利用空間機(jī)械臂完成一些太空作業(yè)任務(wù)具有重要的意義。由于，空間機(jī)械臂具有控制精度高、設(shè)計(jì)壽命長、可靠性高等特點(diǎn)，因此，對其設(shè)計(jì)和控制提出了很高的要求。本文重點(diǎn)針對空間機(jī)械臂系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分——柔性關(guān)節(jié)進(jìn)行研究分析，對柔性關(guān)節(jié)的動力學(xué)模型、高精度位置控制和振動抑制控制等問題作了相關(guān)研究。
　　首先，基于Lagrang

2、e方程得到空間機(jī)械臂柔性關(guān)節(jié)的簡化動力學(xué)模型。應(yīng)用Matlab/SimMechanics仿真軟件進(jìn)行動力學(xué)仿真分析，驗(yàn)證了動力學(xué)模型的有效性和可實(shí)現(xiàn)性，為后面的控制策略的研究提供了重要的理論依據(jù)。針對柔性關(guān)節(jié)的線性扭轉(zhuǎn)彈簧模型和彈簧阻尼器模型，采用常規(guī)的PD控制器對其進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，對比分析了不同輸入信號、控制器參數(shù)以及非線性阻尼對系統(tǒng)的影響，仿真結(jié)果表明，要實(shí)現(xiàn)柔性關(guān)節(jié)的高精度控制，需要進(jìn)一步對其控制策略進(jìn)行研究。
　　其次，針對

3、空間機(jī)械臂柔性關(guān)節(jié)的高精度位置控制進(jìn)行研究?？紤]了非線性因素對系統(tǒng)的影響，通過分析半閉環(huán)PD位置控制和全閉環(huán)PD位置控制的優(yōu)缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一種雙位置反饋PD控制器來提高關(guān)節(jié)輸出端的位置軌跡跟蹤精度，為了實(shí)現(xiàn)更高精度的位置軌跡跟蹤控制，針對PD控制器的缺陷，采用自抗擾控制器，設(shè)計(jì)雙位置反饋?zhàn)钥箶_控制策略，通過對柔性關(guān)節(jié)系統(tǒng)進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)表明，所設(shè)計(jì)的控制策略不僅能夠提高系統(tǒng)的軌跡跟蹤精度，還能克服摩擦等非線性因素對系統(tǒng)性能的影響。
　　

4、再次，針對空間機(jī)械臂柔性關(guān)節(jié)的振動抑制進(jìn)行研究。通過對柔性關(guān)節(jié)的振動狀態(tài)分析，采用了力矩負(fù)反饋控制來實(shí)現(xiàn)關(guān)節(jié)的抑振，考慮到關(guān)節(jié)力矩常常受到干擾信號的影響，在此基礎(chǔ)上，對力矩負(fù)反饋控制進(jìn)行改進(jìn)，設(shè)計(jì)力矩負(fù)反饋PD控制器，仿真結(jié)果表明，力矩負(fù)反饋PD控制在實(shí)現(xiàn)抑振的同時(shí)可較好的避免干擾信號的影響。鑒于力矩負(fù)反饋PD控制器不能兼顧抑振效果和軌跡跟蹤精度的問題，設(shè)計(jì)振動力矩反饋控制器，仿真實(shí)驗(yàn)表明，該方法在實(shí)現(xiàn)有效抑振的同時(shí)能夠保持軌跡跟蹤的精