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《慣性參數(shù)不確定的自由漂浮空間機(jī)器人自適應(yīng)控制研究》由會員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。
1、航空學(xué)報(bào)ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaDec．252012V01．33No．122347．2354ISSN1000．6893CN11—1929／Vhttp：Hhkxb．buaa．edu．Cnhkxb@buaa．edu．CFI文章編號：1000—6893(2012)12—2347—08慣性參數(shù)不確定的自由漂浮空間機(jī)器人自適應(yīng)控制研究張福海1’2一，付宜利1，王樹國11．哈爾濱工業(yè)大學(xué)機(jī)器人技術(shù)與系統(tǒng)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，黑龍江哈爾濱1500012．哈爾濱工業(yè)大學(xué)材料
2、科學(xué)與工程博士后流動站，黑龍江哈爾濱150001摘要：針對自由漂浮空問機(jī)器人系統(tǒng)慣性參數(shù)不確定問題，提出一種笛卡兒空間內(nèi)的自適應(yīng)軌跡跟蹤控制方法。采用擴(kuò)展機(jī)械臂模型建立了自由漂浮空間機(jī)器人關(guān)節(jié)空間動力學(xué)方程，進(jìn)而推導(dǎo)笛卡兒空間中的自由漂浮空間機(jī)器人動力學(xué)方程。在基于逆動力學(xué)法的自由漂浮空間機(jī)器入自適應(yīng)控制器設(shè)計(jì)中，利用標(biāo)稱控制器離線固定控制參數(shù)與補(bǔ)償控制器在線補(bǔ)償方法，既可以保證慣量矩陣可逆，又可以使控制參數(shù)實(shí)時(shí)估計(jì)。采用Lyapunov方法的穩(wěn)定性分析表明系統(tǒng)是穩(wěn)定且漸進(jìn)收斂的。最后，應(yīng)用該控制
3、方法對兩桿平面自由漂浮空間機(jī)器人進(jìn)行了仿真研究。仿真結(jié)果顯示自由漂浮空間機(jī)器人末端執(zhí)行器在笛卡兒空間具有良好的軌跡跟蹤能力。關(guān)鍵詞：自由漂浮空間機(jī)器人；關(guān)節(jié)空間；笛卡兒空間；自適應(yīng)控制；Lyapunov方法中圖分類號：V474；TP24文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A由人造地球衛(wèi)星作為基座和搭載在衛(wèi)星上的機(jī)械臂組成的空間機(jī)器人系統(tǒng)，可代替或輔助宇航員完成空間站的建造與維修、衛(wèi)星的施放與維護(hù)，因此在未來具有廣闊的應(yīng)用前景口。2j。按照基座姿態(tài)是否受控可將這種空間機(jī)器人分為自由飛行空間機(jī)器人和自由漂浮空間機(jī)器人(Fre
4、e—FloatingSpaceRobot，F(xiàn)FSR)。以消耗很難再次加注的化學(xué)燃料為代價(jià)，自由飛行空間機(jī)器人使用衛(wèi)星的噴氣推進(jìn)器補(bǔ)償機(jī)械臂運(yùn)動對衛(wèi)星基座姿態(tài)所造成的擾動。為節(jié)省寶貴的化學(xué)燃料，將衛(wèi)星基座的姿控系統(tǒng)關(guān)閉，衛(wèi)星基座處于自由漂浮狀態(tài)，那么機(jī)械臂運(yùn)動會對衛(wèi)星基座姿態(tài)產(chǎn)生擾動，即二者之間存在動力學(xué)耦合作用[3q]。實(shí)際的FFSR系統(tǒng)中存在一些難以精確確定的系統(tǒng)參數(shù)，如由于空間機(jī)器人系統(tǒng)的復(fù)雜結(jié)構(gòu)以及基座攜帶燃料的消耗，系統(tǒng)構(gòu)件質(zhì)量、質(zhì)心位置及慣性矩等往往很難精確測定，此外所要抓取載荷如失效的
5、衛(wèi)星、維護(hù)工具等，它們的系統(tǒng)參數(shù)往往是未知的。因此要滿足高精度的跟蹤規(guī)劃軌跡，F(xiàn)FSR控制器必須具有自適應(yīng)能力，當(dāng)系統(tǒng)參數(shù)隨環(huán)境發(fā)生變化或本身工作狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，控制器必須適應(yīng)變化的控制對象及環(huán)境，使其仍具備所要求的控制性能。所以進(jìn)行FFSR自適應(yīng)控制研究具有重要的理論與實(shí)際意義[5。6]。相當(dāng)多的學(xué)者針對基座姿態(tài)可控的自由飛行空間機(jī)器人慣性參數(shù)存在不確定性的情況研究了各種自適應(yīng)控制方案，以克服系統(tǒng)動力學(xué)參數(shù)的不確定性，并保證對機(jī)械臂末端期望軌跡的漸近跟蹤[7喝]。但是這些自適應(yīng)控制方案對于基座姿
6、態(tài)、位置均不受控制的FFSR則無法保證控制器收稿日期：2012—01—17；退修日期：2012—03—27；錄用日期：2012—05—02；網(wǎng)絡(luò)出版時(shí)間：2012—05．2313：45網(wǎng)絡(luò)出版地址：WWW．cnki．net／kcms／detail／11．1929．V．20120523．1345．002html基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金(60975063)；中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金(HITNSRIF．2013047)*通訊作者．Tel．：0451-86403219E—mail：zfhhit@h
7、it．edu．CFI引用箍武
8、ZhangFH，F(xiàn)uYL。WangSG．Adaptivecontroloffree·floatmgspacerobotwithinertiaparameteruncertainties．ActaAeronauti—caetAstronauticaSinica．2012，33(12)：2347-2354．張福海．付宜翻．I樹國．慣性參數(shù)不確定的自由漂浮空闞機(jī)器人自適應(yīng)控翩研究．航空學(xué)報(bào)，2012．33(12)：2347-2354．航空學(xué)報(bào)的有效性，這是因?yàn)镕FSR的角動
9、量矩守恒方程不可積使得系統(tǒng)表現(xiàn)出非完整特性[9]。這個(gè)根本區(qū)別使得其控制問題面臨著2個(gè)基本困難：一個(gè)是動力學(xué)耦合作用使得雅可比矩陣與質(zhì)量、慣性矩等慣性參數(shù)有關(guān)，因此廣義雅可比矩陣會由于慣性參數(shù)的不確定性而無法準(zhǔn)確獲得，這可能導(dǎo)致笛卡兒空間的參考軌跡無法在關(guān)節(jié)空間中實(shí)現(xiàn)；另一個(gè)是系統(tǒng)動力學(xué)方程不能直接線性參數(shù)化且在線計(jì)算量巨大。為了克服FFSR動力學(xué)方程無法線性參數(shù)化的問題，文獻(xiàn)[10]提出擴(kuò)展機(jī)械臂模型方法，將機(jī)械臂末端變量與關(guān)節(jié)變量組成增廣變量，使系統(tǒng)動力學(xué)方程中的慣性參數(shù)符合線
