空间机械臂姿态运动规划的粒子群方法

空间自由漂浮的航天器系统在忽略外力矩的作用时,系统因对总质心的角动量矩守恒而成为非完整系统.基于这样的特性,讨论了带双臂航天器姿态运动的控制问题.利用粒子群算法确定最优控制输入信号,得到了系统非完整运动的优化轨迹.通过数值仿真,表明该算法解决空间机械臂非完整运动规划问题是有效的.     

基于最优控制的刚体航天器姿态控制研究

为了研究航天器在不利环境下的姿态控制问题，利用最优控制方法讨论带有2个动画飞轮的航天器姿态控制问题，通常航天器使用3个动量飞轮用于控制其姿态和任意定位，当其中1个轮失效，在系统角动量为零的情况下，可以将系统的控制问题转化为无漂移系统的运动规划问题，利用最优控制方法提出求解带有2个动量飞轮航天器的姿态控制算法，通过数值仿真，表明该方法对航天器姿态控制是有效的。     

带空间机械臂的航天器三维姿态运动控制

航天器系统在忽略外力矩作用时,系统对总质心的角动量矩守恒使其成为非完整系统.利用这一特性讨论了带空间机械臂的刚体航天器三维姿态运动的控制问题.栽体姿态引入Calay参数,导出带空间机械臂的刚体航天器姿态运动的数学模型,利用遗传算法进行优化控制计算.通过数值仿真,表明该方法对航天器姿态控制是有效的.     

欠驱动航天器姿态稳定性的齐次控制方法

应用齐次控制方法研究欠驱动航天器姿态稳定性问题。采用(w,z)参数描述航天器姿态的运动,在无扰力矩的假设下,给出欠驱动航天器的姿态动力学方程。通过分析系统模型的特点,确定系统的向量场f为齐次的,利用齐次系统理论和齐次反馈设计欠驱动航天器姿态角速度ωx和ωy的控制律,使系统姿态参数和角速度w1、w2、ωz趋于渐近稳定。数值仿真实验验证了控制律的有效性。     

带有输入死区的航天器姿态有限时间控制

死区非线性是航天器姿态控制系统中一种普遍存在的执行机构非线性,它的存在会降低姿态控制系统的性能,甚至可能破坏系统的稳定性.为了解决带有输入死区非线性的航天器的高精度姿态控制问题,给出了一种有限时间控制方法,并且考虑航天器姿态控制模型中含有有界的不确定性且输入死区非线性仅部分信息已知.通过引入一个在指定时间内收敛到零的期望姿态变化曲线,并基于时变滑模控制理论设计鲁棒控制算法使得实际姿态和期望姿态之间的偏差始终保持足够小,从而保证实际姿态在指定的时间内收敛到原点附近.严格的理论分析表明,所设计控制律不仅可以保证闭环系统的信号有界而且可以使得实际姿态在指定的时间内收敛到并以指定的精度保持在原点附近.数值仿真结果表明,所提控制方法是有效的,该方法不仅能够保证系统状态具有很快的收敛速度、很高的控制精度,而且对于系统的不确定性具有很强的鲁棒性和抗干扰能力,因而在航天器的姿态控制中具有良好的潜在应用价值.     

组合体航天器的姿态无模型自适应控制

为解决转动惯量参数未知组合体航天器的姿态精确控制问题,基于无模型自适应控制方法设计了一种不依赖于航天器精确动力学模型的组合体航天器姿态无模型自适应控制算法.首先,基于单输入单输出离散时间系统的数据驱动控制方法推导得出无模型自适应控制方程;然后,将无模型自适应控制方法拓展到组合体航天器姿态控制中,设计应用于组合体航天器姿态控制的无模型控制器;此外,为了缩短控制收敛时间,结合组合体航天器动力学特性,对姿态无模型控制器的控制过程进行优化设计;最后,以在轨服务航天器目标抓捕后的操作为研究背景进行组合体航天器的无模型自适应控制算法和无模型控制过程优化算法的数学仿真,验证了算法的有效性和可行性.数学仿真结果表明:所设计的组合体航天器无模型自适应算法有效,能够实现惯性参数未知的组合体航天器的姿态精确控制;且通过无模型控制过程优化设计,可以实现组合体航天器姿态控制过程的快速收敛;同时,该算法具有较高的控制精度.     

欠驱动航天器姿态稳定的非线性控制

针对欠驱动航天器姿态稳定的非线性控制设计问题,给出了欠驱动航天器姿态运动的运动学方程和动力学方程,并将姿态四元数和角速度整合,引进分段连续变量和相应的时变函数,提出周期性连续时变反馈控制律,使欠驱动航天器姿态达到稳定状态.数值仿真实验结果表明了所设计控制律的有效性.     

输入有界的挠性航天器姿态跟踪滑模控制

针对三轴稳定挠性航天器输入受限的姿态跟踪问题,设计了一类滑模自适应姿态跟踪控制器,它能确保闭环系统在一定条件下具有全局渐近稳定性,且满足控制输入有界的要求;同时,该控制方案是一种模型独立的控制方法,不依赖于航天器结构参数及模态阶数,而且通过引入参数自适应控制律,使得控制器的设计也不依赖于参数不确定性和外部干扰力矩的界函数,具有较强的鲁棒性和工程实用性.最后根据给定的挠性航天器参数进行了数值仿真研究,结果表明在转动惯量存在较大不确定性和外部干扰的情况下,系统具有很好动态性能和有效地抑制控制输入饱和问题,表明所设计的控制方案有效可行,并具有一定潜在的工程应用前景.     

基于螺旋理论的航天器相对运动建模与控制

应用螺旋理论对航天器相对轨道与姿态运动进行了研究。针对航天器相对运动过程中存在的姿态轨道耦合问题:基于刚体假设,推导建立了基于螺旋对偶式的航天器姿轨耦合相对运动模型;分析给出了航天器相对运动过程中姿态轨道的耦合效应;针对所建模型的强耦合、非线性特性,在控制律设计时采用了非线性前馈控制,最后进行了数值仿真,结果表明了该模型和控制律的有效性,可为工程应用提供参考。     

用反馈线性化方法控制航天器混沌姿态运动

研究了航天顺姿态混沌运动的控制问题。基于非线性系统理论中的输入－输出反馈线性化方法控制单自由度振动系统中的混沌,以万有引力场中受结构内阻尼和在气阻力作用的椭圆轨道上平面天平动航天器为列说明该控制律的应用。     

四轮式移动机器人非完整运动控制

针对四轮式机器人做非完整运动时系统的非完整性的问题,将四轮式机器人运动规划转化为非线性控制系统的优化问题。提出了对优化变量进行浮点数编码的改进遗传算法,使系统控制精度得到改善。同时将改进的遗传算法采用最优个体保留策略,设计交叉参数和自适应变异参数,确保算法具有良好的收敛性。通过数字仿真实验,证明了该方法的对四轮式机器人非完整运动规划问题具有可操作性。     

含有被动关节的平面双刚体非完整运动规划

研究含有被动关节的平面双刚体的运动规划问题.该系统的动力学约束是二阶非完整的,通过给定其中一个刚体的加速度输入,并假设被动关节安装在刚体撞击中心处,系统可以产生两种不同形式的绕撞击中心的转动.从而建立一种开环运动规划方法,实现系统从一种初始状态到另一种目标状态的运动规划.仿真试验验证了该方法的有效性与可行性.     

可展开太阳阵的航天器姿态最优控制

讨论了航天器太阳阵展开过程中载体姿态的最优控制问题。利用多体动力学方法建立系统的动力学模型,考虑系统的非完整约束特性,根据最优控制理论提出了太阳阵展开过程的控制算法。通过数值仿真说明该方法的有效性。     

基于最优控制的空间机械手运动规划研究

利用多体系统动力学方法导出机械手系统非完整约束方程,再根据最优控制方法,讨论空间机械手系统载体姿态与机械手关节运动的优化控制问题,并通过仿真算例验证了该方法的有效性。     

粒子群法在非完整移动操作机运动规划中的应用

研究了给定末端点路径条件下非完整轮式移动操作机运动规划问题,提出了基于粒子群法的运动规划方法.将移动操作机的末端点路径离散化.移动操作机从初始位形出发,利用粒子群法来搜索下一个最优位形,直至达到末端点路径终点.选择平台的控制输入矢量作为粒子,使得非完整约束条件自然被满足.在障碍环境下,将具有启发信息的势函数引入粒子的适应度函数,有效地实现了系统的无碰运动.通过计算机仿真验证了该算法的有效性.     

移动机器人运动规划的粒子群优化算法

针对移动机器人非完整运动规划问题,采用多项式插值技术实现控制参数化,将无穷维非完整运动规划问题转化为有限维参数优化问题.考虑系统的能量消耗和末端约束,构造了优化的目标函数.提出了一种求解移动机器人非完整运动规划的粒子群优化算法.仿真结果验证了移动机器人运动规划的粒子群优化算法的有效性.     

独轮机器人的非完整运动规划研究

研究独轮机器人非完整运动规划问题,提出了一种新的路径规划优化算法.首先通过控制参数化方法将无穷维优化控制问题转化为有限维优化问题,然后把控制空间分为受完整约束的子空间和受非完整约束的子空间,将控制空间的优化问题转换成第二个子空间的控制优化的问题.采用粒子群优化技术设计了独轮机器人非完整运动规划算法.最后进行了数值仿真,并和牛顿算法、改进的牛顿算法进行了比较,结果表明该方法是可行的,同时所需的能量更低.