自由浮動(dòng)空間柔性機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)控制與混沌抑制研究.pdf

1、太空中蘊(yùn)藏著豐富的空間資源、能源資源和礦產(chǎn)資源，對人類來說，宇宙的魅力是無限的。近些年來，隨著航天技術(shù)的不斷發(fā)展，科學(xué)家們?nèi)〉昧俗吭降某晒?。由于空間機(jī)械臂系統(tǒng)工作在微重力、強(qiáng)輻射、超低溫的太空環(huán)境中，同地面機(jī)器人相比，空間機(jī)器人所遭受的外界干擾因素十分復(fù)雜。而且柔性機(jī)械臂系統(tǒng)本身具有多自由度、質(zhì)量輕、臂長和速度快的特點(diǎn)，在運(yùn)動(dòng)過程中會(huì)伴隨著機(jī)械臂變形和連桿振動(dòng)的現(xiàn)象，不利于精確作業(yè)，甚至?xí)?dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定而無法完成任務(wù)。本文以自由浮動(dòng)空間

2、柔性機(jī)械臂系統(tǒng)建模為基礎(chǔ)，對其進(jìn)行了一系列的控制仿真研究。
　　首先，利用假設(shè)模態(tài)法描述了柔性機(jī)械臂的彈性形變，結(jié)合拉格朗日方程和系統(tǒng)的動(dòng)量守恒方程建立了自由浮動(dòng)空間柔性機(jī)械臂系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)方程。通過計(jì)算力矩方法進(jìn)行了末端執(zhí)行器的目標(biāo)軌跡跟蹤控制的仿真分析研究，驗(yàn)證了所建動(dòng)力學(xué)模型的正確性。
　　其次，考慮系統(tǒng)柔性機(jī)械臂的彈性振動(dòng)運(yùn)動(dòng)對目標(biāo)控制的影響，將系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行了奇異攝動(dòng)分解，系統(tǒng)模型被表示為關(guān)于末端軌跡跟蹤的慢變

3、子系統(tǒng)和描述柔性連桿振動(dòng)的快變子系統(tǒng)。對慢變子系統(tǒng)提出了一種基于SVM不確定非線性補(bǔ)償?shù)淖赃m應(yīng)滑?？刂品椒?，對快變子系統(tǒng)則采用了最優(yōu)控制方法，并進(jìn)行了系統(tǒng)仿真分析研究。
　　最后，建立了自由浮動(dòng)冗余度空間柔性機(jī)械臂系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)方程，求解了其最小關(guān)節(jié)力矩優(yōu)化的加速度逆解及其狀態(tài)方程。仿真中發(fā)現(xiàn)在特定初始條件下，冗余度空間柔性機(jī)械臂動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生復(fù)雜的混沌運(yùn)動(dòng)。進(jìn)而設(shè)計(jì)了延遲反饋零空間 PD控制器，將該系統(tǒng)中的混沌運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變成規(guī)則的周