姿态受控漂浮基空间机器人系统协调运动的反演滑模控制
摘 要:讨论了载体位置无控、姿态受控情况下,具有外部扰动的漂浮基空间机器人载体姿态与机械臂各关节协调运动的反演滑模控制问题.结合系统动量守恒关系及拉格朗日方法,建立了漂浮基空间机器人完全能控形式的系统动力学方程.以此为基础,基于反演设计方法,设计出空间机器人载体姿态与机械臂各关节协调运动的滑模控制方案.数值仿真结果验证了该控制方案的有效性.
随着空间任务的增多,要求空间机器人能在未来代替宇航员完成对远轨道失效卫星的捕捉、维修,飞船与空间站的交会、对接,以及空间站的在轨组装等作业任务.因此其相关的运动学、动力学与控制问题引起了国内外专家、学者的广泛关注[1-9].考虑到空间机器人系统动力学具有高度非线性、强耦合的特性,且易受到外界不确定因素的干扰,所以研究如何使控制方案能够更精确、更有效地控制空间机器人,仍是现阶段的重心.文献[10]~[13]分别讨论了载体位置无控、姿态受控或无控空间机器人系统的自适应控制问题.其中提到的自适应控制方法虽对参数不确定性具有良好的控制效果,但实时性要求较高;而滑模控制方法[14-15]由于具有对外界干扰的良好鲁棒性,被认为是解决上述问题的一种比较容易实现的有效控制方法.
本文基于反演设计方法,讨论了具有外部扰动情况下,载体位置无控空间机器人载体姿态与机械臂各关节协调运动的滑模控制问题并通过一个平面两杆自由漂浮空间机器人的系统数值仿真,验证了此控制方案的有效性.
动情况下自由漂浮空间机器人载体姿态与机械臂各关节协调运动的滑模控制方案.此控制方案有效地消除了外部扰动对空间机器人系统的影响,保证了载体姿态与机械臂各关节精确地完成期望运动,进而完成给定的空间任务.
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