基于自適應魯棒控制的空間抓取捕獲研究.pdf

1、隨著空間技術(shù)的發(fā)展，空間機械臂廣泛應用于在軌服務及建設、深空探測、目標監(jiān)視與觀測等各個方面。本文針對完成衛(wèi)星回收、空間站維修和搬運等相關(guān)任務時，漂浮基空間機械臂抓取捕獲固體漂浮物體和充液漂浮物體的動力學與控制問題進行研究。
　　首先，對漂浮基空間機械臂進行運動學建模，采用平行接近法設計漂浮基空間機械臂末端抓取裝置到達期望最終位置的運動軌跡。根據(jù)抓取裝置的期望最終位置勻速的改變漂浮基空間機械臂基體的姿態(tài)角和各個關(guān)節(jié)角，以降低漂浮基空

2、間機械臂的能量消耗，消除抖動，減少了漂浮基空間機械臂抓取裝置到達期望最終位置的時間。
　　其次，針對漂浮基空間機械臂抓取固體漂浮目標的問題，提出了一種魯棒控制律。根據(jù)能量守恒、動量守恒和力守恒建立系統(tǒng)模型，將其轉(zhuǎn)化為關(guān)于漂浮基空間機械臂抓取裝置質(zhì)心和固體漂浮目標質(zhì)心間距離與漂浮基空間機械臂質(zhì)心運動距離的方程。設計魯棒軌跡跟蹤控制，使抓取過程中兩者質(zhì)心距離與漂浮基空間機械臂質(zhì)心運動距離均按照期望軌跡運動，以達到消除抖動的目的。對于該

3、控制律不需測量固體漂浮目標的質(zhì)量和速度,因此該控制律對固體漂浮目標機動具有較強的魯棒性。由于控制過程中只考慮兩者質(zhì)心距離與漂浮基空間機械臂質(zhì)心運動距離，因而實現(xiàn)簡單。仿真結(jié)果表明，所提出的控制律能夠消除振動，增加系統(tǒng)穩(wěn)定性和魯棒性，同時在抓取控制中降低了漂浮基空間機械臂的能量消耗。
　　最后，針對漂浮基空間機械臂抓取充液漂浮目標的問題，提出了一種多模型自適應魯棒控制律。將充液漂浮目標的質(zhì)心域劃分為無碰撞力質(zhì)心區(qū)域和碰撞力質(zhì)心區(qū)域。

4、分別建立兩個質(zhì)心區(qū)域的系統(tǒng)模型，并采用多模型控制的方法。當充液漂浮目標的質(zhì)心位于無碰撞力質(zhì)心區(qū)域時，采用同抓取固體漂浮目標相同的魯棒控制；當充液漂浮目標的質(zhì)心位于碰撞力質(zhì)心區(qū)域時，采用自適應魯棒控制來對充液漂浮目標的質(zhì)心晃動帶來的系統(tǒng)時變模型進行控制。由于充液漂浮目標的質(zhì)心在無碰撞力質(zhì)心區(qū)域和碰撞力質(zhì)心區(qū)域間來回運動，采用模糊邏輯進行其所處區(qū)域的判斷同時進行多模型及控制律的切換。仿真結(jié)果表明，所提出的控制律能夠消除振動，增加系統(tǒng)穩(wěn)定性和