关节柔性和臂杆柔性的空间机械臂控制方法技术

本发明专利技术提供了一种关节柔性和臂杆柔性的空间机械臂 控制方法。本发明专利技术的方法依次包括如下步骤：步骤A：柔性关节‑柔性臂空间机器人动力学建模；步骤B：柔性关节‑柔性臂空间机器人奇异摄动数学模型；步骤C：柔性臂子系统基于虚拟期望轨迹的鲁棒状态反馈控制；步骤D：虚拟控制力

【技术实现步骤摘要】
关节柔性和臂杆柔性的空间机械臂控制方法
本专利技术属于空间机械臂控制
具体涉及一种关节柔性和臂杆柔性的空间机械臂控制方法，特别涉及同时抑制柔性臂和柔性关节引起的系统双柔性振动的方法。
技术介绍
空间机械臂技术及理论的研究不但有重要的社会意义，考虑关节及臂杆柔性双重影响下柔性关节-柔性臂空间机械臂的智能控制问题还有非常重要的现实和理论意义。这是因为在实际应用中，仅考虑刚性情况下，空间机械臂系统的智能控制问题是远远不够的。首先，由于制造技术上的原因，空间机械臂系统驱动关节的柔性不可忽略。如：其中传动轴的扭动、齿轮的弹性以及谐波减速器等装置，都会导致关节柔性的产生并使其容易产生弹性振动。此外，由于空间技术的特殊性，出于发射技术和发射费用上的原因，如从经济角度考虑，为了减少发射重量以节省发射费用，空间机械臂的臂杆多设计为轻质细长杆件。因此，空间机器人系统中机械臂杆件的柔性也是不可忽略的。然而需要指出的是，由于空间机器人系统结构的复杂性，以往研究人员对同时具有柔性关节和柔性臂的系统关注不够。有关具有柔性臂杆或柔性关节的机械臂控制方法在相关专利CN104950678、CN10458934本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.关节柔性及臂杆柔性空间机械臂控制方法，依次包括如下步骤：步骤A：柔性关节‑柔性臂空间机器人动力学建模柔性关节‑柔性臂空间机器人系统完全驱动形式的动力学方程如下

【技术特征摘要】
1.关节柔性及臂杆柔性空间机械臂控制方法，依次包括如下步骤：步骤A：柔性关节-柔性臂空间机器人动力学建模柔性关节-柔性臂空间机器人系统完全驱动形式的动力学方程如下（1）（2）（3）其中，为系统质量矩阵，为离心力矢量、科氏力矢量；为载体姿态角与关节角组成的向量，为机械臂两关节铰；为机械臂两关节电机转角列向量，为关节电机的正定、对称转动惯量矩阵；为柔性臂模态坐标，为柔性臂的刚度系数矩阵，为柔性关节扭转刚度矩阵；为本体系统驱动力矩，为关节铰处实际输入力矩；为关节处的驱动电机实际输出力矩；步骤B：柔性关节-柔性臂空间机器人奇异摄动数学模型由式(2)和式(3)，可得（4）初步选取系统的控制律（5）其中，为引进的关节柔性补偿器，为对角正定系数矩阵；为常值矩阵，为待设计的新控制输入量，令，为单位阵；将式(5)代入式(4)可得（6）式(1)和式(6)共同构成了关节柔性补偿后的漂浮基柔性关节-柔性臂空间机器人系统动力学模型；柔性关节补偿后，再基于奇异摄动理论对新控制量进行设计，有（7）其中，为电机力矩动力子系统的控制律；为柔性臂子系统的控制律；定义一个极小的常数，使为对角正定常值矩阵；则式(6)可整理为（8）为了抑制系统各关节的弹性振动，设计力矩微分增益反馈控制律（9）以实现如下电机力矩动力子系统（10）的稳定性；其中，选择需保证式的稳定性；为获得柔性臂子系统，令，此时，；综合式(1)和式(10)，可得（11）即（12）（13）从式(11)可以看出该动力学方程与柔性臂动力学方程形式相同，因此文中将该子系统称之为柔性臂子系统，由式(13)可解出柔性振动的加速度（14）式(14)代入式(12)，可得（15）由上式，消去将式(15)写成如下形式（16）其中，方程式(16)中可表示为（17）（18）其中，分别为标称系统动力学参数下的估计，和为系统参数不精确估计所引起的建模误差；因此，基于以上讨论，建立适用于工程应用的柔性臂子系统的数学模型为（19）其中，为模型不确定项；步骤C：柔性臂子系统基于虚拟期望轨迹的鲁棒状态反馈控制为便于阐述，步骤D设计虚拟控制力及由二阶指令生器生成虚拟期望轨迹，放在步骤C之后描述;步骤B引入了关节柔性补偿控制器并结合奇异摄动技术导出了系统奇异摄动数学模型；针对电机力矩动力子系统式(10)，设计了力矩微分反馈控制律来抑制关节柔性引起的系统弹性振动；步骤C将针对柔性臂子系统式(19)，提出了一种基于虚拟期望轨迹的鲁...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁捷，李树民，徐海航，梁武林，岳姝，
申请(专利权)人：中国空气动力研究与发展中心计算空气动力研究所，
类型：发明
国别省市：四川,51