收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

空间柔性机械臂控制策略研究

张晓东  
【摘要】: 随着21世纪航天事业的迅速发展和对太空探索的不断深入,未来空间任务越来越多,如空间站的建造维护、空间设备的维修、科学实验等,目前尚不能全靠宇航员来完成,由于空间机械臂具有适应太空作业环境的能力,利用空间机械臂完成一些太空作业任务具有重要的意义,已经成为空间技术研究领域内的一个重要的研究方向。本论文的研究内容来源于教育部科学技术研究重大项目“空间柔性机器人动力学/控制耦合系统的研究”,本论文以此为依托,重点对大型空间柔性机械臂动力学建模理论和控制策略进行了深入的分析和研究,本文的主要工作如下: 首先,设计了一种大型的空间六自由度机械臂,提出了需要完成的指标性的作业任务,在对空间机械臂进行精度分析的基础上,针对具体的作业任务对机械臂进行精度分配;建立由柔性臂杆和柔性关节构成的空间多自由度柔性机械臂动力学模型,并验证动力学模型的有效性;建立空间机械臂的地面气浮模拟试验平台,针对地面气浮模拟平台上空间机械臂的构型特点,建立了平面两连杆柔性机械臂动力学模型,分析机械臂的弹性-阻尼约束边界条件,验证柔性机械臂在此约束条件下的动力学特性。 其次,通过对机械臂关节的非线性特性进行分析,建立了考虑关节非线性特性的柔性关节动力学模型;为克服柔性关节非线性因素的影响,提出双位置闭环伺服控制,输出反馈抗饱和的高精度PID控制和基于LuGre摩擦模型的自适应补偿控制策略;通过机械臂单关节测试平台上的试验表明:所提出的控制策略不仅有效的提高了非线性影响下的位置控制精度和稳定性,并且可实现饱和非线性影响下空间机械臂系统的全局渐进稳定。 再次,建立不确定性影响下的柔性关节机械臂级联动力学方程,基于反演设计的思想,设计虚拟控制量实现了级联方程的递阶控制,在反演镇定函数中综合积分项,进一步消除轨迹跟踪稳态误差,并且设计自适应滑模控制器消除不确定因素影响,基于Lyapunov理论证明了整个系统的稳定性和对误差的收敛性;为避免由于虚拟控制反复求导而导致的计算复杂度问题,将动态滑模面控制与自适应神经网络相结合,提出了空间柔性关节机械臂的自适应神经网络动态滑模面控制策略,并进行控制策略的稳定性分析、仿真研究和试验验证研究。 再其次,以具有柔性关节和柔性臂杆的空间柔性机械臂为研究对象,针对空间柔性机械臂的定位控制任务,通过输入输出线性化将非线性柔性机械臂动力学方程简化为近似线性系统,采用具有输出反馈的自学习输入成形控制策略进行定位控制时的振动抑制;针对轨迹控制任务,基于奇异摄动方法将空间柔性机械臂简化为快慢两个独立的子系统,采用复合控制策略实现精确轨迹跟踪的同时实现有效的振动抑制;在空间机械臂地面气浮模拟试验平台上的试验表明:提出的控制策略不仅可保证高精度的定位控制精度,而且可有效的抑制弹性振动,满足空间柔性机械臂的指标要求。 最后,针对空间机械臂的点位控制和轨迹跟踪作业任务,在六自由度空间柔性机械臂实验平台上进行试验研究,对提出的作业任务指标进行验证。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 张庆,王华坤,张世琪;组合柔性机械臂变形及滞迟特性分析[J];机械设计;2005年05期
2 刘广瑞;柔性机械臂振动控制研究[J];机电产品开发与创新;2005年03期
3 张雪莲;潘铁强;;柔性机械臂控制方法的研究[J];科技信息(学术研究);2006年09期
4 牟荟瑾;;柔性机械臂控制技术的研究意义及现状[J];现代经济信息;2008年08期
5 张铁民,李成元;带有反馈控制的柔性机械臂动态研究与振动控制[J];机械工程学报;2000年03期
6 刘广瑞,刘又午,金国光;柔性机械臂非并置式模型参考自适应控制[J];中国机械工程;2000年06期
7 张铁民,梁莉;带有加速度反馈的柔性机械臂开关变结构控制的实验研究[J];机械科学与技术;2001年06期
8 梁春燕,李旻智,谢剑英;抑制柔性机械臂残留振荡的时滞滤波器设计[J];控制与决策;2001年06期
9 刘明,朱绍文,刘蓉,孙增圻;一个双连杆平面柔性机械臂系统[J];制造业自动化;2001年08期
10 梁春燕,谢剑英,李旻智;时滞滤波器设计及在柔性机械臂控制中的应用[J];中国机械工程;2002年18期
11 王树新,员今天,石菊荣,刘又午;柔性机械臂建模理论与控制方法研究综述[J];机器人;2002年01期
12 张铁民,李贵涛,梁莉;带有加速度反馈的柔性机械臂开关变结构控制[J];机械工程学报;2002年03期
13 李光,Amir Khajepour;基于滑模技术的单杆柔性机械臂的调节控制[J];株洲工学院学报;2003年02期
14 邱志成,谢存禧,张洪华,吴宏鑫;压电柔性机械臂的主动振动控制研究[J];机器人;2004年01期
15 王世军,黄玉美,王凯;柔性机械臂关节刚度的一种间接测量方法[J];机床与液压;2004年08期
16 蔡国平,洪嘉振;柔性机械臂的位置主动控制[J];机械科学与技术;2005年10期
17 李善姬;柔性机械臂的一种组合控制[J];电机与控制学报;2005年03期
18 李光,吴敏;液压柔性机械臂的动力学建模及鲁棒控制研究[J];液压与气动;2005年04期
19 张庆;王华坤;张世琪;;预压叠层柔性机械臂弯曲试验及有限元数值仿真[J];南京理工大学学报(自然科学版);2006年01期
20 邓峰岩;和兴锁;李亮;张娟;;计及变形耦合的双连杆柔性机械臂动力学模型[J];机械工程学报;2006年S1期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 蔡国平;;柔性机械臂主动控制中的时滞问题[A];中国力学学会学术大会'2005论文摘要集(下)[C];2005年
2 滕悠优;蔡国平;;柔性机械臂的非线性主动控制[A];第十一届全国非线性振动学术会议暨第八届全国非线性动力学和运动稳定性学术会议论文集[C];2007年
3 杜欣;蔡国平;;双连杆柔性机械臂的主动控制研究[A];第八届全国动力学与控制学术会议论文集[C];2008年
4 王国利;;柔性机械臂内动力学因果与反因果的对分研究[A];面向21世纪的科技进步与社会经济发展(上册)[C];1999年
5 郎英彤;邹建奇;张宪滨;钱坤;;柔性机械臂逆运动学分析中各种算法的研究现状[A];第20届全国结构工程学术会议论文集(第Ⅰ册)[C];2011年
6 刘明;朱绍文;黄徽;;建立二级柔性机械臂动力学模型的研究[A];1996年中国智能自动化学术会议论文集(下册)[C];1996年
7 王国利;郭雪梅;张宪民;;柔性机械臂运动轨迹规划模板函数的比较研究[A];1998年中国智能自动化学术会议论文集(下册)[C];1998年
8 张铁民;刘又午;王树新;阎绍泽;蒋铁英;;柔性机械臂的振动控制——前馈延时[A];1996中国控制与决策学术年会论文集[C];1996年
9 李迅;刘新建;马宏绪;张彭;;单柔性机械臂变结构控制[A];1997中国控制与决策学术年会论文集[C];1997年
10 王树新;张冬梅;金国光;刘又午;;视觉控制柔性机械臂的广义确定性动力学模型[A];面向21世纪的生产工程——2001年“面向21世纪的生产工程”学术会议暨企业生产工程与产品创新专题研讨会论文集[C];2001年
中国博士学位论文全文数据库 前7条
1 屠立;柔性机械臂集成建模与结构控制优化设计技术[D];浙江大学;2009年
2 张庆;组合柔性机械臂动力学特性与振动抑制性能的研究[D];南京理工大学;2010年
3 褚明;空间柔性机械臂的动力学特性与主动控制研究[D];北京邮电大学;2010年
4 徐彦;液压柔性机械臂动力学建模与控制研究[D];东北大学;2008年
5 张晓东;空间柔性机械臂控制策略研究[D];北京邮电大学;2009年
6 陈思佳;刚—柔耦合问题与空间多杆柔性机械臂的动力学建模理论研究[D];南京理工大学;2012年
7 李光;液压柔性臂的动力学及控制研究[D];中南大学;2003年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 刘治虎;柔性机械臂动响应控制[D];西安电子科技大学;2009年
2 汪性武;柔性机械臂的振动控制[D];南京航空航天大学;2004年
3 张国庆;双柔性机械臂动力学研究[D];吉林建筑工程学院;2010年
4 李兴修;柔性机械臂的振动控制研究[D];东北大学;2010年
5 姜丹;外空间环境中的柔性机械臂的非线性振动研究[D];东北大学;2010年
6 姚威;空间大负载柔性机械臂轨迹跟踪策略研究[D];北京邮电大学;2013年
7 洪芸芸;压电柔性机械臂振动控制及实验研究[D];华东交通大学;2013年
8 于慧;复杂构形柔性机械臂多维振动特性分析[D];山东大学;2014年
9 郭秉华;六自由度空间柔性机械臂的动力学分析与控制[D];北京邮电大学;2009年
10 杜欣;双连杆柔性机械臂的主动控制研究[D];上海交通大学;2009年
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978