[發明專利]一種空間機器人有限時間協調控制方法

有效

• 申請號: 201810837930.0
• 申請日: 2018-07-26
• 公開（公告）號: CN109656132B
• 公開（公告）日: 2022-01-07
• 發明（設計）人: 袁建平;魏錦源;寧昕;王錚;方靜;徐楊;李晨熹;彭志旺
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: G05B13/02
• 分類號: G05B13/02
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 楊博

本發明公開了一種空間機器人有限時間協調控制方法，包括建立空間機器人的運動學方程與動力學方程；構建基于自適應多變量廣義超螺旋算法的滑模干擾觀測器；該滑模干擾觀測器包括輔助滑動面和自適應2階滑模控制器；構建基于光滑螺旋算法的有限時間協調控制器。能夠克服系統強非線性、外界干擾、耦合不確定性以及多輸入力矩，實現空間機器人機械臂與衛星平臺的有限時間穩定。

技術領域

本發明屬于空間機器人控制技術領域；具體設計一種空間機器人有限時間協調控制方法。

背景技術

空間機器人是空間操作在軌服務任務中關鍵研究技術之一。相比地面機器人技術，唯一不同的在于空間機器人平臺不固定，從而存在著機械臂與平臺之間的運動耦合。忽略空間機器人平臺的姿態可能會導致與地面站的通訊中斷、太陽帆的對日指向偏差以及柔性設備的震動。

Papadopoulos和Dubowsky首次提出了基于轉置雅可比矩陣的空間機器人協調控制方法。徐揚生等人提出了空間機器人自適應協調控制方法，并且避免求轉動慣量的逆和加速度信號的測量。考慮星載計算機的運算速度，Oda提出了一種角動量補償的協調控制方法，通過估計機械臂相對于基座運動產生的角動量，在基座姿態控制系統中進行補償。

發明內容

本發明提供了一種空間機器人有限時間協調控制方法；能夠克服系統強非線性、外界干擾、耦合不確定性以及多輸入力矩，實現空間機器人機械臂與衛星平臺的有限時間穩定。

本發明的技術方案是：一種空間機器人有限時間協調控制方法，包括以下步驟：

步驟S1，建立空間機器人的運動學方程與動力學方程，得到動力學方程為：運動學方程為：τ為關節與飛輪力矩，R(θ)為慣性系和本體系的轉移矩陣，c為哥氏力與向心力，d為干擾；

步驟S2，構建基于自適應多變量廣義超螺旋算法的滑模干擾觀測器；該滑模干擾觀測器包括輔助滑動面和自適應2階滑模控制器；輔助滑動面為：自適應2階滑模控制器為：其中μ₁和μ₂為任意正實數，α₁和α₂為自適應參數；

步驟S3，構建基于光滑螺旋算法的有限時間協調控制器為：

更進一步的，本發明的特點還在于：

其中步驟S1中外界干擾d包括耦合不確定性和外界干擾。

其中步驟S1中還包括對空間機器人非線性、外界干擾、耦合不確定性以及多輸入力矩進行數學描述。

其中步驟S1中空間機器人的角動量守恒為：其中H_S、H_M、H_W分別表示為空間機器人平臺、空間機器人機械臂和空間機器人飛輪的轉動慣量，ω_S為空間機器人的角速度。

其中步驟S2中滑模干擾觀測器的輔助滑模變量s和中間變量z分別為：

其中步驟S2中自適應參數的自適應律為：

其中步驟S3中有限時間協調控制器的有限時間有限函數為x₁,x₂,z在有限時間內不會發散。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：與現有技術相比，該方法能夠處理導數有界干擾和狀態相關的不確定性，不需要提前獲知干擾和不確定的信息，基于多變量結構進行設計，實現有限時間追蹤穩定，控制信號光滑可導。

附圖說明

圖1為本發明的框架圖。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例對本發明的技術方案進一步說明。