考慮重力影響含間隙空間機(jī)械臂建模與軌跡跟蹤控制研究.pdf

1、隨著太空探索的逐步深入，空間機(jī)構(gòu)相關(guān)研究受到越來越多的關(guān)注，空間機(jī)械臂作為一類重要的空間機(jī)構(gòu)，承擔(dān)著大部分空間作業(yè)任務(wù)，人們對其精度要求也越來越高?？臻g機(jī)械臂的安裝調(diào)試需要在地面環(huán)境下進(jìn)行，而實(shí)際應(yīng)用在空間微重力環(huán)境。其結(jié)構(gòu)上的鉸間間隙耦合這種環(huán)境改變，會引起空間機(jī)械臂的動力學(xué)特性發(fā)生變化，影響空間機(jī)械臂末端軌跡跟蹤精度，造成振動甚至失控。因此需要針對這一問題，設(shè)計(jì)適應(yīng)不同重力環(huán)境的控制器。本文以二自由度含鉸間間隙空間機(jī)械臂作為研究對象

2、，結(jié)合試驗(yàn)分析進(jìn)行建模，并設(shè)計(jì)控制器使機(jī)械臂完成末端軌跡跟蹤。主要內(nèi)容如下：
　　首先，分析了間隙運(yùn)動副動力學(xué)特性，在此基礎(chǔ)上建立了間隙機(jī)械臂數(shù)學(xué)模型與 ADAMS模型。研制了含間隙機(jī)械臂作為試驗(yàn)對象，搭建了地面模擬試驗(yàn)平臺及配套的測控軟件系統(tǒng)，提出了基于柔性懸臂梁應(yīng)變片和激光位移傳感器試驗(yàn)測量策略，通過不同重力取向方式模擬不同重力環(huán)境對間隙機(jī)械臂進(jìn)行試驗(yàn)研究?；谠囼?yàn)數(shù)據(jù)與仿真數(shù)據(jù)的對比，驗(yàn)證了間隙模型有效性，并進(jìn)一步建立了二自

3、由度含鉸間間隙空間機(jī)械臂模型。
　　其次，考慮到環(huán)境改變與鉸間間隙的耦合作用對空間機(jī)械臂控制性能的影響，為使控制器可在不改變參數(shù)的情況下適應(yīng)不同的重力環(huán)境，提出了一種結(jié)合分?jǐn)?shù)階算子快速性、記憶性與終端滑模有限時間收斂性質(zhì)的分?jǐn)?shù)階終端滑模控制器，并對其穩(wěn)定性和有限時間收斂性進(jìn)行了證明，通過仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該控制器對不同重力環(huán)境下含間隙機(jī)械臂末端軌跡跟蹤的有效性及抗擾性。
　　最后，針對空間機(jī)械臂模型存在的誤差，考慮采用無模型控制