考慮鉸間間隙和重力效應的空間機械臂軌跡跟蹤控制.pdf

1、隨著空間探索的不斷深入，人們對空間機械臂精度的要求也越來越高，鉸間間隙引起的空間機構(gòu)動力學非線性特性逐漸成為關注焦點。眾所周知，所有航天機構(gòu)在空間微重力環(huán)境下進行在軌服役，但是是在地面重力環(huán)境設計和調(diào)試的?？臻g機構(gòu)由地面到空間，由于間隙的存在使機構(gòu)動力學模型和運動學模型發(fā)生了變化從而導致地面模擬調(diào)試好的控制器在空間難以達到期望的控制精度。本文以含鉸間間隙的二自由度空間機械臂為研究對象，考慮不同重力環(huán)境，通過建立含鉸間間隙機構(gòu)動力學模型，

2、設計間隙補償控制器，在不同重力環(huán)境下都能夠使空間機械臂達到理想的軌跡跟蹤精度。主要內(nèi)容如下：
　　首先，分析了不同重力環(huán)境下影響間隙形成的主要因素。采用無質(zhì)量輕桿等效鉸間間隙模型，通過分析動力學特性，建立了不同重力環(huán)境下含鉸間間隙的空間機械臂動力學模型，進行鉸間間隙與重力對末端軌跡跟蹤控制精度耦合影響的仿真研究。在此基礎上，針對間隙等效模型造成的模型不確定性及干擾，設計間隙補償控制器，并通過仿真驗證了間隙補償控制器的有效性。

3、>　　其次，通過分析不同重力環(huán)境下含間隙機構(gòu)的關節(jié)間隙運動特性，采用彈簧阻尼元件等效鉸間間隙模型，建立了地面裝調(diào)及空間服役兩種不同工況下的近似間隙等效模型。以二自由度空間機械臂為例，利用牛頓歐拉法推導了重力及重力釋放條件下的含間隙動力學解析解，并分離了間隙補償項。在此基礎上，通過軌跡跟蹤控制仿真，探究了含間隙機械臂受重力影響的動力學行為差異，同時驗證了間隙補償控制器的有效性。
　　再次，利用動量矩定理研究了在地面裝調(diào)和空間應用兩個