本文關(guān)鍵詞：考慮鉸間間隙和重力效應(yīng)的空間機(jī)械臂軌跡跟蹤控制

  更多相關(guān)文章： 空間機(jī)械臂 重力影響 鉸間間隙 自抗擾控制 軌跡跟蹤

【摘要】：隨著空間探索的不斷深入,人們對(duì)空間機(jī)械臂精度的要求也越來越高,鉸間間隙引起的空間機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)非線性特性逐漸成為關(guān)注焦點(diǎn)。眾所周知,所有航天機(jī)構(gòu)在空間微重力環(huán)境下進(jìn)行在軌服役,但是是在地面重力環(huán)境設(shè)計(jì)和調(diào)試的�？臻g機(jī)構(gòu)由地面到空間,由于間隙的存在使機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)模型和運(yùn)動(dòng)學(xué)模型發(fā)生了變化從而導(dǎo)致地面模擬調(diào)試好的控制器在空間難以達(dá)到期望的控制精度。本文以含鉸間間隙的二自由度空間機(jī)械臂為研究對(duì)象,考慮不同重力環(huán)境,通過建立含鉸間間隙機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)模型,設(shè)計(jì)間隙補(bǔ)償控制器,在不同重力環(huán)境下都能夠使空間機(jī)械臂達(dá)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(dòng)力學(xué)特性,建立了不同重力環(huán)境下含鉸間間隙的空間機(jī)械臂動(dòng)力學(xué)模型,進(jìn)行鉸間間隙與重力對(duì)末端軌跡跟蹤控制精度耦合影響的仿真研究。在此基礎(chǔ)上,針對(duì)間隙等效模型造成的模型不確定性及干擾,設(shè)計(jì)間隙補(bǔ)償控制器,并通過仿真驗(yàn)證了間隙補(bǔ)償控制器的有效性。其次,通過分析不同重力環(huán)境下含間隙機(jī)構(gòu)的關(guān)節(jié)間隙運(yùn)動(dòng)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(jī)械臂為例,利用牛頓歐拉法推導(dǎo)了重力及重力釋放條件下的含間隙動(dòng)力學(xué)解析解,并分離了間隙補(bǔ)償項(xiàng)。在此基礎(chǔ)上,通過軌跡跟蹤控制仿真,探究了含間隙機(jī)械臂受重力影響的動(dòng)力學(xué)行為差異,同時(shí)驗(yàn)證了間隙補(bǔ)償控制器的有效性。再次,利用動(dòng)量矩定理研究了在地面裝調(diào)和空間應(yīng)用兩個(gè)階段的含鉸間間隙機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)模型。并針對(duì)重力環(huán)境和鉸間間隙的改變導(dǎo)致的地面調(diào)試好的控制系統(tǒng)在空間應(yīng)用時(shí)無法達(dá)到控制精度這一問題,設(shè)計(jì)了不依賴控制對(duì)象模型的自抗擾控制算法。該算法將機(jī)構(gòu)中重力和鉸間間隙的變化作為系統(tǒng)中的干擾,通過利用擴(kuò)張狀態(tài)觀測器對(duì)其進(jìn)行估計(jì),經(jīng)過非線性反饋控制進(jìn)行補(bǔ)償,提高系統(tǒng)控制精度。
【關(guān)鍵詞】：空間機(jī)械臂 重力影響 鉸間間隙 自抗擾控制 軌跡跟蹤
【學(xué)位授予單位】：燕山大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TP241
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-17
• 1.1 課題研究背景及意義10
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀10-15
• 1.2.1 多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)研究現(xiàn)狀10-11
• 1.2.2 含鉸間隙機(jī)構(gòu)研究現(xiàn)狀11-13
• 1.2.3 空間微重力研究現(xiàn)狀13-15
• 1.3 本文的主要內(nèi)容與結(jié)構(gòu)安排15-17
• 第2章 基于輕桿模型的機(jī)械臂軌跡跟蹤控制17-30
• 2.1 引言17
• 2.2 不同重力環(huán)境下鉸間間隙等效分析17-19
• 2.3 不同重力環(huán)境下鉸間間隙對(duì)末端軌跡的影響19-20
• 2.3.1 重力環(huán)境下鉸間間隙對(duì)末端軌跡的影響分析19-20
• 2.3.2 微重力環(huán)境下鉸間間隙對(duì)末端軌跡的影響分析20
• 2.4 不同重力環(huán)境下二自由度機(jī)械臂模型的建立20-24
• 2.4.1 運(yùn)動(dòng)學(xué)分析建模20-21
• 2.4.2 動(dòng)力學(xué)分析建模21-24
• 2.5 仿真研究24-28
• 2.6 本章小結(jié)28-30
• 第3章 基于彈簧阻尼模型的機(jī)械臂軌跡跟蹤控制30-46
• 3.1 引言30
• 3.2 不同重力環(huán)境下鉸間間隙等效模型分析30-31
• 3.3 不同重力環(huán)境下含鉸間間隙空間機(jī)械臂分析與建模31-38
• 3.3.1 運(yùn)動(dòng)學(xué)分析建模31-32
• 3.3.2 動(dòng)力學(xué)分析建模32-38
• 3.4 不同重力環(huán)境下間隙補(bǔ)償控制器設(shè)計(jì)與穩(wěn)定性分析38-41
• 3.4.1 PD控制器設(shè)計(jì)39-40
• 3.4.2 PD控制器魯棒穩(wěn)定性分析40-41
• 3.5 仿真研究41-45
• 3.6 本章小結(jié)45-46
• 第4章 基于牛頓歐拉方法的機(jī)械臂軌跡跟蹤控制46-57
• 4.1 引言46
• 4.2 鉸間間隙等效模型的建立與分析46-48
• 4.2.1 間隙鉸數(shù)學(xué)模型46
• 4.2.2 接觸碰撞分析46-48
• 4.3 不同重力環(huán)境下含鉸間間隙空間機(jī)械臂模型的建立48-51
• 4.4 含鉸間間隙機(jī)械臂系統(tǒng)自抗擾控制器設(shè)計(jì)51-53
• 4.5 仿真研究53-55
• 4.6 本章小結(jié)55-57
• 結(jié)論57-59
• 參考文獻(xiàn)59-63
• 攻讀碩士學(xué)位期間承擔(dān)的科研任務(wù)與主要成果63-64
• 致謝64

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