本研究提出了一种新型的柔性空间机械臂控制策略,涉及控制技术领域。该策略通过将假设模态法与拉格朗日方程相结合,构建了柔性空间机械臂的动力学模型。利用奇异摄动理论,将模型分解为慢时变和快时变子系统,并分别为其设计了基于评价网络的自适应轨迹跟踪最优控制器和基于模糊逻辑的抑振控制器。最终,通过整合这两种控制方案,形成了一种混合控制策略,有效提升了柔性空间机械臂的控制效率、精准度和适应性。
背景技术
目前,空间机器人是由自由漂浮基座及机械臂组成的特殊航天器,多应用于空间站组装建造与运行维护,承担舱段转位与对接、舱外设备安装与维护、航天器燃料加注、悬停飞行器捕获、失效卫星修复、平台载荷照料等空间任务。近年来,随着空间任务朝着多样化、精细化和智能化方向发展,空间机器人的结构与材质有了较大的优化与升级。由于设计与制造等原因,细长轻质的空间机械臂存在固有柔性,并呈现出低刚度、小阻尼等特点,很容易在外部载荷的冲击下产生较大的振动。并且由于空间环境中空气极为稀薄,柔性臂杆的振动极难自行衰减,从而对空间机械臂的操控精度与稳定度造成极大影响。
柔性空间机械臂系统是一类高维度、强耦合、强时变的非线性系统,其载体姿态运动与机械臂关节运动之间存在互相干扰,从而给空间机器人的动力学建模与控制方法设计带来较大困难。传统的基于精确动力学模型的控制方法未考虑系统参数的时变特性,难以取得满意的控制效果;此外,这些控制方法通常采用集中式控制策略,控制器结构较为复杂,从而消耗较多的星载计算资源。
可见,亟需一种简单高效、适应性强的基于评价网络的柔性空间机械臂控制方法。
实现思路