空間相機(jī)臂的關(guān)節(jié)控制器研制.pdf

1、隨著人類對宇宙空間探索的不斷深入，空間望遠(yuǎn)鏡被發(fā)射升空，而空間機(jī)械臂作為光學(xué)設(shè)施的機(jī)架伺服系統(tǒng)，是完成其跟蹤、定位目標(biāo)的重要機(jī)構(gòu)。機(jī)械臂關(guān)節(jié)控制器是空間相機(jī)臂的核心控制部件，其速度控制精度和運(yùn)動穩(wěn)定性直接決定了機(jī)械臂的整體控制性能。本文即在“空間站相機(jī)臂式跟蹤定位機(jī)構(gòu)系統(tǒng)”項目的支持下，以研制一套高性能的機(jī)械臂關(guān)節(jié)控制器為目標(biāo)，對關(guān)節(jié)的三閉環(huán)控制策略及速度觀測器設(shè)計進(jìn)行研究，完成控制器的軟、硬件設(shè)計，并進(jìn)行關(guān)節(jié)控制的相關(guān)實驗。
　

2、　本文首先對空間機(jī)械臂關(guān)節(jié)控制器的研究現(xiàn)狀進(jìn)行綜述，通過對關(guān)節(jié)控制器硬件電路及控制策略的分析確定了本文的研究方向，以DSP為核心設(shè)計關(guān)節(jié)控制器，并采用位置控制策略。
　　針對由永磁同步電機(jī)直接驅(qū)動的機(jī)械臂關(guān)節(jié)，本文給出了關(guān)節(jié)的數(shù)學(xué)模型及采用的位置、速度、電流三閉環(huán)控制策略，并詳細(xì)分析了電流矢量控制技術(shù)。在此基礎(chǔ)上，由內(nèi)至外對相互串聯(lián)的電流環(huán)、速度環(huán)、位置環(huán)逐層分析，分別建立其控制模型并對調(diào)節(jié)器參數(shù)進(jìn)行整定。為了檢驗?zāi)Ｐ图皡?shù)計算的

3、正確性，本文在Simulink中搭建關(guān)節(jié)控制模型進(jìn)行仿真驗證。
　　在低速條件下，通過位置差分濾波算法得到的關(guān)節(jié)速度，存在較大的量化誤差和滯后，這會影響系統(tǒng)的快速響應(yīng)性能，并引起內(nèi)環(huán)電流期望值的波動。針對這些問題，本文設(shè)計了全維的速度觀測器，對關(guān)節(jié)的速度、位置及負(fù)載力矩進(jìn)行估計。仿真結(jié)果表明，觀測速度具有滯后小、噪聲低的優(yōu)點，將其作為速度閉環(huán)的反饋信號，能夠有效改善關(guān)節(jié)的低速控制性能。
　　最后，本文以DSP為核心完成對關(guān)節(jié)