[發明專利]一種用于目標捕獲后穩定的自由漂浮空間機械臂控制方法

有效

• 申請號: 201910012141.8
• 申請日: 2019-01-07
• 公開（公告）號: CN109591018B
• 公開（公告）日: 2021-10-08
• 發明（設計）人: 陳鋼;劉丹;黃澤遠;費軍廷;王蕾
• 申請（專利權）人: 北京郵電大學
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明實施例提供了一種用于目標捕獲后穩定的自由漂浮空間機械臂控制方法，包括：獲得自由漂浮空間機械臂與目標載荷的動力學方程；獲得目標捕獲后組合體系統的等效動力學參數；依據所述自由漂浮空間機械臂與目標載荷的動力學方程及組合體系統的等效動力學參數，獲得目標捕獲后組合體系統的動力學方程；依據所述目標捕獲后組合體系統的動力學方程，獲得可適用于空間剛性機械臂及空間柔性機械臂目標捕獲后的穩定控制器。根據本發明實施例提供的技術方案，可在自由漂浮空間機械臂完成目標捕獲后實現基座姿態穩定，并可實現柔性振動抑制，從而實現組合體系統的穩定控制。

【技術領域】

本發明涉及自動化控制技術，尤其涉及一種用于目標捕獲后穩定的自由漂浮空間機械臂控制方法。

【背景技術】

隨著太空探索的不斷深入和技術水平的逐步提高，人類的空間活動日趨頻繁，空間任務日趨復雜。為擺脫有限的運載能力對大型空間設施建設的制約并最大限度的降低建設及探索成本，各航天大國正在積極研究以空間機械臂替代參與空間站組裝維修及衛星回收等任務的在軌捕獲技術。空間機械臂在軌捕獲通常分為追蹤、接近、捕獲、組合體穩定控制四個階段。在空間機械臂完成捕獲階段后，目標載荷與空間機械臂形成剛性連接的組合體，由于兩者處于自由漂浮狀態，捕獲后兩者運動情況發生突變，動力學特性也因此改變，導致空間機械臂原有的控制參數不能滿足控制性能要求，甚至可能導致整個系統失穩，對組合體系統造成損壞作用。因此，對目標捕獲后組合體系統進行穩定控制極其重要。

現有的機械臂系統穩定控制方法，主要包括：控制空間機械臂基座的動量輪、控制空間機械臂基座的推進器以及控制機械臂的關節。利用動量輪對基座姿態的調節能力有限，容易達到飽和狀態；利用推進器工作需要消耗燃料罐中存儲的燃料，增加消耗成本；通過控制機械臂關節的運動實現系統穩定具有調節范圍廣和節省能量的優點，但多數學者考慮的是平面內的機械臂運動，且未全面考慮基座以及剛柔耦合影響，因此現有算法并不適用于目標捕獲后自由漂浮空間機械臂的穩定控制。

【發明內容】

有鑒于此，本發明實施例提供了一種用于目標捕獲后穩定的自由漂浮空間機械臂控制方法，以維持空間機械臂目標捕獲后組合體系統的穩定性。

本發明實施例提供了一種用于目標捕獲后穩定的自由漂浮空間機械臂控制方法，包括：

獲得自由漂浮空間機械臂與目標載荷的動力學方程；

獲得目標捕獲后組合體系統的等效動力學參數；

依據所述自由漂浮空間機械臂與目標載荷的動力學方程及組合體系統的等效動力學參數，獲得目標捕獲后組合體系統的動力學方程；

依據所述目標捕獲后組合體系統的動力學方程，獲得可適用于空間剛性機械臂及空間柔性機械臂目標捕獲后的穩定控制器。

上述方法中，所述獲得目標捕獲后組合體系統的等效動力學參數，包括：

利用自由漂浮空間機械臂的等效質量與目標載荷的等效質量，獲得目標捕獲后組合體系統動力學方程的等效質量m_e′為

m_e′＝m_e+m_t

其中，m_e為自由漂浮空間機械臂的等效質量，m_t為目標載荷的等效質量；

利用自由漂浮空間機械臂的慣性張量與目標載荷的慣性張量，獲得目標捕獲后組合體系統動力學方程的等效慣性張量^e′I_e′為

^e′I_e′＝^e′I_e+^e′I_t