空间绳系机器人抓捕目标过程协同稳定控制

针对空间绳系机器人抓捕无控目标过程中的自身稳定控制问题,提出一种操作机械臂主动阻尼控制与利用空间系绳、反作用轮进行基体姿态稳定控制相结合的协同稳定控制方法.文中首先建立了空间绳系机器人抓捕目标的动力学模型及与目标的接触碰撞模型,分析了抓捕过程中空间绳系机器人及目标的运动状态,在此基础上设计了操作机械臂关节主动阻尼控制律以减小碰撞力对操作机械臂末端的冲击,结合基体姿态的变化设计了滑模姿态稳定控制律,通过空间系绳和反作用轮提供基体所需的滑模姿态控制力矩.在抓捕目标仿真过程中对关节主动阻尼控制方法和所提出的协同稳定控制方法进行比较分析,结果表明,本文提出的抓捕目标协同稳定控制方法能很好地稳定操作机械臂和基体,且空间系绳对基体及目标的扰动影响很小,达到了空间绳系机器人抓捕目标时自身稳定的要求.     

空间绳系机器人目标抓捕鲁棒自适应控制器设计

针对空间绳系机器人（Tethered space robot,TSR）目标抓捕过程中的稳定控制问题,建立空间绳系机器人系统模型,根据阻抗控制原理,设计基于位置的阻抗控制方法;针对空间绳系机器人系统的模型不确定性问题,利用神经网络对不确定性进行估计补偿,设计鲁棒项对空间系绳干扰和神经网络估计误差的影响进行抑制,在此基础上设计空间绳系机器人目标抓捕鲁棒自适应稳定控制器,并进行稳定性证明.最后对设计的控制器进行仿真验证.作为对比,对无鲁棒项自适应的稳定控制器进行仿真.仿真结果表明,设计的基于阻抗控制的鲁棒自适应控制可以实现对空间绳系机器人目标抓捕过程中的稳定控制,与无鲁棒项自适应的稳定控制器仿真结果相比,本文采用的鲁棒自适应控制方法可以有效地对不确定性进行补偿,控制过程中超调量更小,收敛时间更短,并且控制精度更高.     

空间绳系机器人在轨捕获视景仿真系统设计

针对空间绳系机器人在轨捕获可视化的问题,把绳系机器人的控制系统引入仿真环境,基于Vega平台开发了路径规划运动方式和实时接收数据运动方式相结合的空间绳系机器人在轨捕获仿真系统;利用Pro/Engineer和Creator建立了场景模型,实现了绳系在空间展开和视觉伺服效果的模拟,并对捕获过程进行了实时仿真;仿真结果表明,该系统能够直观显示控制系统的控制效果,能够成功演示空间绳系机器人对目标卫星的捕获,满足实时性要求。     

空间绳系机器人的多次推力逼近策略研究

针对空间绳系机器人近距离逼近问题,提出了基于时间最优的一般N次推力机动策略及算法,由演化得到的等时间N次机动模式和等速度增量N次推力机动模式,能够将多次推力机动策略中复杂的多时间变量求值问题转化为有非线性约束的最小机动时间问题,并利用基于罚函数法的遗传算法进行求解,对空间绳系机器人的近距离逼近问题进行了仿真。仿真表明:一般N次推力机动策略及算法能够很好解决此类多时间变量求值问题;且不需要进行初始速度脉冲修正,相对于基于"时间倒流法"的N次推力策略和连续推力具有较小的机动时间,并在某些情形下相较于后两者以及双冲量机动具有较少的能耗或者较小的最大视界角,为绳系机器人推动逼近设计提供了依据。     

基于DSP的飞行器大角度机动控制实验技术研究

讨论了空间飞行器大角度机动控制实验平台的实现方法,并给出了硬件系统原理框图和软件的设计流程图;采用变结构控制算法,设计了基于反作用飞轮的大角度姿态机动控制器,并进行了不同角度下的闭环姿态机动控制实验,实验结果验证了该实验平台设计的可行性,对空间飞行器大角度姿态机动的研究提供了一个较好的实验平台.     

重力梯度卫星大角度姿态机动的变结构控制

针对重力梯度稳定小卫星的大角度姿态机动问题,采用四元数来描述卫星的姿态,通过选择一类滑动流形,设计了变结构控制律,得到了在大角度姿态机动中卫星的姿态角、姿态角速度以及三个反作用飞轮转速的变化规律.理论分析和数值仿真都表明了该控制律具有渐近稳定性和鲁棒性.     

航天器平移及姿态机动自适应终端滑模控制

研究了用于航天器平移及姿态机动的自适应终端滑模控制方法.通过在广义准坐标下建立拉格朗日方程得到了刚体航天器平移及姿态耦合运动的动力学方程.能对存在模型不确定性和环境扰动下的航天器实现平移和姿态机动.该自适应过程包括对不确定性和干扰的估计、有效抑制传统滑模控制的抖振现象.利用李雅普诺夫稳定性理论证明了控制器的可达性和稳定性.通过航天器的位置以及姿态跟踪的数值仿真,验证了所设计控制器的有效性和准确性.     

空间机器人分布式滑模变结构控制方法

针对空间机器人的动力学特性和星载控制系统的结构特点,分别基于干扰上确界和比例切换,设计了2种分布式滑模变结构控制方法,以实现在存在不确定干扰和关节摩擦力矩情况下基座姿态和关节运动的综合控制.首先给出了空间机器人的动力学模型和关节低速摩擦力矩模型,并以两自由度空间机器人为例,介绍了2种分布式滑模变结构控制方法的推导过程.通过仿真实验,对2种控制方法进行了对比,结果表明分布式变结构控制方法在简化算法的同时,能够保证系统控制性能,并对干扰和参数变化具有较强的鲁棒性.     

基于P-FUZZY-PID的飞行器大角度机动控制物理仿真

针对空间飞行器大角度姿态机动控制具有非线性,并要求控制器具有较高的指向精度、姿态稳定度及鲁棒性等特点,应用P-FUZZY-PID复合控制算法,建立了±180°内的模糊规则库,设计了飞行器姿态控制器;系统采用DSP作为星载控制器,光纤陀螺作为姿态敏感器,反作用飞轮作为执行机构,系统程序采用C语言编程,利用单轴气浮仿真实验台实现了物理仿真实验;实验结果证明该控制方法不仅能实现飞行器大角度机动控制,机动响应快,还表现出较好的鲁棒性。     

基于自组织小脑神经网络的挠性卫星姿态控制

研究卫星稳定性优化控制,卫星姿态控制系统是一个耦合的不确定非线性系统,在轨运行的卫星不可避免地受到模型参数不确定性和各种干扰力矩的影响,存在使挠性卫星大角度姿态机动的控制问题进一步复杂化.为了完成姿态控制任务,需要所设计的控制律具有较高的鲁棒性.采用滑模变结构控制对挠性卫星进行姿态机动控制,用神经网络对不确定性进行补偿,改变了传统的小脑神经网络补偿时实时性差的缺点,提出用自组织小脑神经网络对不确定性进行补偿,根据输入自动增加和减少节点数,并可以更新权值.对于模型的不确定性可以实时地补偿,提高了泛化能力.通过数值仿真,验证了所设计控制方法的有效性和鲁棒性,对优化卫星姿态稳定性控制提供依据.