考慮鉸間間隙和重力效應(yīng)的空間機(jī)械臂軌跡跟蹤控制.pdf

1、隨著空間探索的不斷深入，人們對(duì)空間機(jī)械臂精度的要求也越來越高，鉸間間隙引起的空間機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)非線性特性逐漸成為關(guān)注焦點(diǎn)。眾所周知，所有航天機(jī)構(gòu)在空間微重力環(huán)境下進(jìn)行在軌服役，但是是在地面重力環(huán)境設(shè)計(jì)和調(diào)試的?？臻g機(jī)構(gòu)由地面到空間，由于間隙的存在使機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)模型和運(yùn)動(dòng)學(xué)模型發(fā)生了變化從而導(dǎo)致地面模擬調(diào)試好的控制器在空間難以達(dá)到期望的控制精度。本文以含鉸間間隙的二自由度空間機(jī)械臂為研究對(duì)象，考慮不同重力環(huán)境，通過建立含鉸間間隙機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)模型，

2、設(shè)計(jì)間隙補(bǔ)償控制器，在不同重力環(huán)境下都能夠使空間機(jī)械臂達(dá)到理想的軌跡跟蹤精度。主要內(nèi)容如下：
　　首先，分析了不同重力環(huán)境下影響間隙形成的主要因素。采用無質(zhì)量輕桿等效鉸間間隙模型，通過分析動(dòng)力學(xué)特性，建立了不同重力環(huán)境下含鉸間間隙的空間機(jī)械臂動(dòng)力學(xué)模型，進(jìn)行鉸間間隙與重力對(duì)末端軌跡跟蹤控制精度耦合影響的仿真研究。在此基礎(chǔ)上，針對(duì)間隙等效模型造成的模型不確定性及干擾，設(shè)計(jì)間隙補(bǔ)償控制器，并通過仿真驗(yàn)證了間隙補(bǔ)償控制器的有效性。

3、>　　其次，通過分析不同重力環(huán)境下含間隙機(jī)構(gòu)的關(guān)節(jié)間隙運(yùn)動(dòng)特性，采用彈簧阻尼元件等效鉸間間隙模型，建立了地面裝調(diào)及空間服役兩種不同工況下的近似間隙等效模型。以二自由度空間機(jī)械臂為例，利用牛頓歐拉法推導(dǎo)了重力及重力釋放條件下的含間隙動(dòng)力學(xué)解析解，并分離了間隙補(bǔ)償項(xiàng)。在此基礎(chǔ)上，通過軌跡跟蹤控制仿真，探究了含間隙機(jī)械臂受重力影響的動(dòng)力學(xué)行為差異，同時(shí)驗(yàn)證了間隙補(bǔ)償控制器的有效性。
　　再次，利用動(dòng)量矩定理研究了在地面裝調(diào)和空間應(yīng)用兩個(gè)