[發明專利]基于多機械臂驅動航天器位姿一體化魯棒動力學控制方法

在審

• 申請號: 202111532039.4
• 申請日: 2021-12-14
• 公開（公告）號: CN114489096A
• 公開（公告）日: 2022-05-13
• 發明（設計）人: 張烽;焉寧;汪小衛;吳勝寶;高朝輝;李揚;郝宇星;陳蓉;唐瓊;劉丙利;張雪梅;任寬;張雨佳
• 申請（專利權）人: 中國運載火箭技術研究院
• 主分類號: G05D1/08
• 分類號: G05D1/08
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 范曉毅

1.一種基于多機械臂驅動航天器位姿一體化魯棒動力學控制方法，其特征在于，包括如下步驟：

(1)獲取航天器位姿控制任務的任務參數；

(2)獲取航天器總體參數；

(3)獲取初始時刻航天器運動參數；

(4)根據步驟(1)所得任務參數，步驟(2)所得航天器總體參數以及步驟(3)所得初始時刻航天器運動參數計算初始時刻的系統動量；

(5)按照等時間間隔選取特征時刻，得到特征時間序列

(6)根據步驟(1)所得任務參數和步驟(4)所得初始時刻的系統動量，計算整個控制過程在特征時間序列上的期望關節運動序列；

(7)根據步驟(6)所得整個控制過程在特征時間序列上的期望關節運動序列，判斷沿特征時間序列機械臂運動是否會發生連桿間碰撞，如果會發生連桿間碰撞，則調整航天器的期望運動軌跡并返回步驟(1)，如果不會發生連桿間碰撞，則進入步驟(8)；

(8)根據步驟(6)所得整個控制過程在特征時間序列上的期望關節運動序列，判斷沿特征時間序列機械臂運動是否會發生臂桿間碰撞，如果會發生臂桿間碰撞，則調整航天器的期望運動軌跡并返回步驟(1)，如果不會發生臂桿間碰撞，則進入步驟(9)；

(9)根據步驟(6)所得整個控制過程在特征時間序列上的期望關節運動序列，判斷沿特征時間序列機械臂運動是否會碰撞航天器本體，如果會碰撞航天器本體則調整航天器的期望運動軌跡并返回步驟(1)，如果不會碰撞航天器本體則進入步驟(10)；

(10)根據步驟(2)所得航天器總體參數計算當前時刻航天器動力學系統矩陣；

(11)根據步驟(2)所得航天器總體參數計算當前時刻第i部機械臂動力學系統矩陣，i＝1，2，…，N，N為機械臂總部數；

(12)根據步驟(10)所得當前時刻航天器動力學系統矩陣及步驟(11)所得當前時刻第i部機械臂動力學系統矩陣，計算當前時刻的集總系統矩陣；所述當前時刻集總系統矩陣包括當前時刻航天器與機械臂的集總慣性耦合矩陣H_bm(t_j)；

(13)根據步驟(1)所得任務參數和步驟(3)所得初始時刻航天器運動參數計算當前時刻航天器的虛擬速度控制V_c(t_j)及虛擬速度控制導數

(14)判斷步驟(12)所得當前時刻集總慣性耦合矩陣H_bm(t_j)的秩rank(H_bm(t_j))是否滿足：

rank(H_bm(t_j))≥6；如果滿足，則進入步驟(16)，否則進入步驟(15)；

(15)對當前時刻集總慣性耦合矩陣H_bm(t_j)進行修正，并返回步驟(14)；

(16)根據當前時刻的集總系統矩陣和步驟(13)所得當前時刻的虛擬速度控制及虛擬速度控制導數，計算當前時刻的機械臂指令關節角加速度矢量；所述當前時刻的集總慣性耦合矩陣H_bm(t_j)的秩滿足rank(H_bm(t_j))≥6；

(17)根據當前時刻的集總系統矩陣和步驟(16)所得當前時刻的機械臂指令關節角加速度矢量計算當前時刻的機械臂關節力矩，根據當前時刻的機械臂關節力矩實施對機械臂的控制，并在下一時刻時返回步驟(10)，直至完成航天器位姿控制任務。