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漂浮基柔性关节空间机械臂模糊滑模控制及振动抑制谢立敏,陈力籪;空间机械臂因其在空间站的构建和装配、航天器的维护和修理,以及其他空间生产和实验中发挥的重要作用而受到人们的广泛关注,其相关的动力学控制研究也受到研究人员的密切重视,并已取得了一定的成果‘卜。但是,目前研究的对象大多为纯刚性的空间机械臂系统瞩或带有柔性臂的空间机械臂系摘要:考虑了柔性关节的影响,研究了漂浮基柔性关节空间机械臂系统的动力学建模、运动控制以及柔性振动抑制问题。基于漂浮基柔性关节空间机械臂系统的简化模型,利用系统的动量、动量矩守恒关系和拉格朗日方程建立系统的动力学方程。为了同时实现空间机械臂运动轨迹的渐近跟踪和抑制由柔性关节引起的系统弹性振动,采用奇异摄动法将系统分解为相互独立的慢变和快变子系统。针对慢变子系统,提出模糊滑模控制律以实现空间机械臂期望运动轨迹的渐近跟踪。其中,模糊控制律的应用克服了滑模控制自身的抖振问题;针对快变子系统,采用速度差值反馈控制律来抑制柔性关节引起的系统弹性振动,保证了系统的稳定性。仿真时以平面两刚性杆、两柔性关节的漂浮基空间机械臂系统为例,证明了所提出的混合控制方法的有效性。关键词:漂浮基空间机械臂;柔性关节;奇异摄动;模糊;——瑃.,第卷第中图分类号:文献标志码:文章编号:—【.:,瓸—,.疭—.琣’;籹收稿日期:..基金项目:国家自然科学基金;福建省自然科学基金资助作者简介:谢立敏,女,浙江萧山人,:.,,—
万方数据
漂浮基柔性关节空间机械臂系统动力学建模统口H欢档米⒁獾氖牵壳霸诙哉饬街窒低辰J本ǹ占浠当鄣母思氚沧坝诠亟诖Α⒖刂聘杆件运动的驱动电机转子之间的联接视为纯刚性。但考虑到空间应用的实际以及物理条件的限制,这种“关节处纯刚性联接”的假设并不绝对成立,即系统中存在“柔性关节”。在此情况下,空间机械臂的运动不再直接对应于电机转子的运动;同时,柔性关节的存在使得空间机械臂系统在高速和高精度运动过程中不可避免地产生振动。因此,如果在空间机械臂系统的建模和控制方法设计过程中忽略柔性关节的存在,系统的控制精确性和稳定性都会受到很大的影响。目前,考虑柔性关节存在的系统的控制问题已引起了各国科研人员的关注,并已提出了许多有效的控制方法凹‘5撬岢龅目刂品椒ǘ际钦攵缘孛嫒嵝怨亟诨魅讼低车摹6杂谄』占浠当巯统,由于其载体为自由漂浮状态,系统表现出非完整的动力学性质,其系统动力学方程与惯性参数不构成线性关系,这种结构上的非线性和强耦合性使得惯常用于地面柔性关节机器人的控制方法无法直接应用和推广到漂浮基柔性关节空间机械臂的控制当中。因此,漂浮基柔性关节空间机械臂系统的控制问题变得相当困难。迄今为止,关于漂浮基柔性关节空间机械臂系统的运动控制的研究还很少。副针对柔性关节空间机械臂,提出一种基于扩展卡尔曼滤波器的自适应控制方法。但是,该方法并未主动抑制系统的弹性振动,控制精度不高。谄嬉焐愣ǎ芯苛舜嵝怨亟诘淖杂煞尚锌占浠魅的建模和控制。但是,所提出的混合控制方法计算量大,比较复杂。基于以上情况,本文结合动量、动量矩守恒关系、拉格朗日方程以及奇异摄动理论建立了载体位置和姿态均不受控的漂浮基柔性关节空间机械臂系统的动力学奇异摄动模型,并设计了模糊滑模控制律和速度