关键词：微重力;;空间机械臂;;奇异摄动;;柔性关节;;自抗扰
摘 要：航天技术的不断发展促进了研究者对空间机构运动行为的深入研究。在研究中不容忽视的问题之一就是在地面设计的机构和相应的控制装置等在空间中能否正常作业,现在有一些研究是先在地面上模拟空间环境再对空间机构进行运动行为控制研究,空间中温度湿度等环境因素比较容易模拟实现,但是空间微重力环境不易模拟,目前的模拟方法可以实现微重力模拟,但是不能长时模拟,不能很好的用来做研究。重力变化会导致机构变形等问题,从而影响机械臂工作的安全性和控制精度。所以关于重力变化对空间机构运动行为影响的研究是很重要的。机构关节处存在柔性也是不容忽视的问题,因为关节柔性不仅会带来高次谐波振动影响系统稳定性,而且关节柔性带来的抖动问题会影响控制精度。本文以柔性关节空间机械臂为例做了研究,主要包括以下几点内容:首先,利用柔性关节机械臂运动学模型和动力学模型对系统进行描述。并设计基于奇异摄动的模糊PID控制器,对固定基座空间机械臂在地面重力和空间微重力两种工况下的轨迹跟踪控制进行仿真研究,根据结果对机械臂运动行为进行分析。并与基于奇异摄动的PD控制的控制结果进行比较,验证模糊PID控制效果。然后,对地面调试和空间自由漂浮两种工况下的柔性关节机械臂设计基于奇异摄动的自适应PD控制器。利用李雅普诺夫法验证控制系统稳定性,并进行仿真研究。将仿真结果与基于奇异摄动的PD控制器控制结果进行对比,验证控制器有效性。最后,对地面调试和空间自由漂浮两种工况下的柔性关节机械臂设计基于奇异摄动的自抗扰控制器,进行轨迹跟踪控制研究。并利用李雅普诺夫法验证控制系统稳定性。仿真结果表明自抗扰控制器可以提高控制精度并抑制抖动问题。
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