[發明專利]基于神經網絡魯棒自適應的空間柔性系統展開控制方法

有效

• 申請號: 201810046967.1
• 申請日: 2018-01-18
• 公開（公告）號: CN108319135B
• 公開（公告）日: 2019-12-27
• 發明（設計）人: 黃攀峰;劉亞;張帆;孟中杰;張夷齋;劉正雄;董剛奇
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 61204 西北工業大學專利中心
• 代理人: 王鮮凱

本發明涉及一種基于神經網絡魯棒自適應的空間柔性系統展開控制方法，建立適于控制器設計的空間飛網機器人的動力學模型；自主機動單元狀態受限條件下，設計動力學模型的控制器輸入U；然后針對設計的控制器，證明了閉環系統的穩定性；針對設計的控制器，證明自主機動單元滿足狀態約束。積極效果：考慮由于系繩連接，自主機動單元存在狀態約束的實際條件，采用基于神經網絡的魯棒自適應分布式一致性控制方法，設計了空間飛網機器人在展開過程中存在有界擾動條件下的控制器，4個自主機動單元在滿足狀態約束的條件下，能達到期望狀態，實現構型的協同一致性，降低柔性網的顫振，保持很好的柔性網網型。

技術領域

本發明屬于空間柔性系統展開控制技術的研究，涉及一種基于神經網絡魯棒自適應的空間柔性系統展開控制方法，具體涉及繩系航天器系統展開過程中狀態受限條件下，實現期望構型的神經網絡魯棒自適應協同一致性。

背景技術

繩系航天器系統是一種具有繩系結構的空間柔性機器人系統，具有強適應性和高安全性，在空間在軌服務和維修中將會扮演重要的角色。本專利所提出的空間飛網機器人系統是一種典型的空間柔性機器人系統。

空間飛網機器人系統是一種特殊的多智能體系統，各自主機動單元之間依靠系繩連接，使單元之間的相對狀態產生約束。柔性網是一種高自由度的欠驅動非線性系統，不恰當的展開方式可能導致柔性網的劇烈顫振，甚至造成自主機動單元與柔性網，或者柔性網與主連接繩的纏繞等危險情形。實現狀態受限條件下自主機動單元的協同一致性控制對網型保持和降低柔性網的顫振具有十分重要的意義。目前已有的專利中，在設計自主機動單元的控制律時還沒有相關專利考慮自主機動單元的狀態約束條件。

發明內容

要解決的技術問題

為了避免現有技術的不足之處，本發明提出一種基于神經網絡魯棒自適應的空間柔性系統展開控制方法，是設計一種狀態受限條件下空間飛網機器人展開控制方法，該方法能實現空間飛網的快速展開和穩定網型的保持。

技術方案

一種基于神經網絡魯棒自適應的空間柔性系統展開控制方法，其特征在于步驟如下：

步驟1、建立適于控制器設計的空間飛網機器人的動力學模型：

在軌道坐標系O'xyz建立模型，第i個節點的動力學方程為：

其中，m_i為節點i的質量，N_i是與節點i相鄰的節點的集合，D_i是作用在節點i上的外界擾動，G_i是節點i的重力，G_i＝-μm_iR_i/||R_i||³，μ＝3.986005×10¹⁴m³/s²是地球引力常數，表示向量的Euclid范數；

利用彈簧-質量桿模型建立柔性網的動力學模型，柔性網相鄰兩個編織節點之間的軸向彈性力F_ij為：

其中E為柔性網編織系繩的楊氏彈性模量，A為編織系繩的橫截面積，l₀為柔性網網格單元的未變形邊長，r_ij是相鄰編織節點i和j之間的距離，ξ是系繩的阻尼系數，其中c是編織系繩的阻尼率，m是編織網格邊長的名義質量，是從編織節點i指向節點j的單位矢量在軌道坐標系中的表達形式；

編織節點i在地球赤道慣性坐標系中的絕對位置R_i為：

R_i＝R₀+R_EOr_i