面向空間機(jī)械臂在軌轉(zhuǎn)移目標(biāo)的軌跡規(guī)劃與控制.pdf

1、隨著航天科技的發(fā)展與大型空間結(jié)構(gòu)建設(shè)進(jìn)程的推進(jìn)，對以在軌轉(zhuǎn)移目標(biāo)為代表的多種在軌服務(wù)有著緊迫的需求?？臻g機(jī)械臂在軌轉(zhuǎn)移目標(biāo)過程中，受到工作空間的障礙物以及內(nèi)部復(fù)雜耦合特性與非線性的影響，使得空間機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)軌跡規(guī)劃及控制面臨諸多難題。本文主要針對空間機(jī)械臂在軌轉(zhuǎn)移目標(biāo)的軌跡規(guī)劃以及軌跡跟蹤控制中的相關(guān)問題展開研究。
　　首先，根據(jù)空間機(jī)械臂在軌轉(zhuǎn)移目標(biāo)任務(wù)需求確定了機(jī)械臂臂型，并在合理的簡化和約束條件下，建立了其運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)模型

2、；其次，針對機(jī)械臂軌跡規(guī)劃中障礙回避和機(jī)械臂奇異臂型回避的問題，以及對空間機(jī)械臂中關(guān)節(jié)沖擊最小化的需求，本文在避障和避奇異約束條件下，提出了一種基于區(qū)間分析和分支定界的軌跡規(guī)劃方法。該方法以最小化急動(dòng)度為優(yōu)化目標(biāo)，將軌跡規(guī)劃問題轉(zhuǎn)化為非線性多約束優(yōu)化問題，通過求解該優(yōu)化問題，可以得到滿足避障、避奇異及急動(dòng)度最小化的機(jī)械臂各關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)軌跡；然后，為了滿足對期望軌跡高精度跟蹤的需要，并針對多自由度空間機(jī)械臂存在內(nèi)部非線性、測量速度信號易受噪聲

3、干擾等問題，采用線性化力矩和輸出反饋控制的方法，構(gòu)建了軌跡跟蹤控制器，并利用在工程實(shí)踐中應(yīng)用成熟的卡爾曼濾波器，解決了噪聲干擾下測量速度信號的估計(jì)問題；最后，設(shè)計(jì)了在軌轉(zhuǎn)移目標(biāo)過程的綜合仿真試驗(yàn)。關(guān)于軌跡規(guī)劃和軌跡跟蹤控制的試驗(yàn)結(jié)果表明，采用本文所提出的軌跡方法能夠得到平滑而連續(xù)的期望軌跡，且設(shè)計(jì)的軌跡跟蹤控制器能夠滿足期望軌跡的高精度跟蹤要求，與典型的計(jì)算力矩PID方法相比，本文所提出的方法具有較小的跟蹤誤差，且對瞬時(shí)運(yùn)動(dòng)和周期運(yùn)動(dòng)都