【技术实现步骤摘要】
一种面向空间大惯量变负载的柔性关节运动速度跟踪系统
[0001]本专利技术涉及到空间机器人领域，特别是一种面向空间大惯量变负载的柔性关节运动速度跟踪系统。
技术介绍
[0002]负载惯量是关节等空间机构的转动惯量施加到电机轴上产生的负载特性，表现为加减速过程中的惯性力，负载惯量对运动控制系统的控制精度、稳定性、动态响应有很大的影响。在电机设计时，需合理设计负载惯量比，以避免出现运动震荡等情况。
[0003]相比于地面重力环境，空间的微重力环境使负载惯量特性成为空间机构运动性能的主要影响因素。考虑空间应用成本和重量需求，在进行关节和电机设计时，负载惯量比通常会大幅超出地面机构的取值范围，这导致空间机构运动过程特别是加减速过程中，产生较大的震荡。同时，以空间机械臂为代表的空间多体系统在运动时其负载惯量时刻变化，且由于关节柔性和非线性因素的存在，极大的增加了空间大惯量变负载关节运动控制的难度。对于机器人柔性关节的控制方法主要包含传统的PD控制及奇异摄动、级联系统、智能控制等方法。其中，PD控制虽简单，但往往不能满足控制精度...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种面向空间大惯量变负载的柔性关节运动速度跟踪系统，其特征在于，包括：关节位置检测单元、位置环控制器、速度环控制器、电流环控制器和电机驱动模块；位置环控制器：根据关节期望角度和关节位置检测单元采集到的实际关节角度，按位置环控制周期T
P
确定补偿速度V
conp
(m)并传输给速度环控制器；速度环控制器：接收位置环控制器传输的补偿速度V
conp
(m)，接收输入的关节期望速度V
cmd
(k)，根据补偿速度V
conp
(m)按速度环控制周期T
v
对关节期望速度V
cmd
(k)进行补偿，获得补偿后的期望速度V
cmdIn
(k)；根据补偿后的期望速度V
cmdIn
(k)和电机驱动模块反馈的电机实际角速度V
m
(k)，确定输出期望电流i
Qcmd
(k)并传输给电流环控制器；电流环控制器：接收速度环控制器传输的输出期望电流i
Qcmd
(k)，接收电机驱动模块反馈的电机输出电压对应的实际电流i
Q
(k)，根据输出期望电流i
Qcmd
(k)和实际电流i
Q
(k)调整输出给电机驱动模块的驱动电压，使实际电流i
Q
(k)持续对输出期望电流i
Qcmd
(k)进行跟踪；电机驱动模块：接收电流环控制器输出的驱动电压，根据驱动电压驱动电机带动关节转动；反馈电机实际角速度V
m
(k)给速度环控制器；反馈电机输出电压对应的实际电流i
Q
(k)给电流环控制器。2.根据权利要求1所述的一种面向空间大惯量变负载的柔性关节运动速度跟踪系统，其特征在于，位置环控制器确定补偿速度V
conp
(m)，具体为：根据当前第m个位置环控制周期的关节期望角度θ
cmd
(m)和实际关节角度θ
j
(m)，确定当前第m个位置环控制周期的角度误差θ
err
(m)；根据当前第m个位置环控制周期的实际关节角度θ
j
(m)和第m
‑
1个位置环控制周期的实际关节角度θ
j
(m
‑
1)，确定当前第m个位置环控制周期的关节实际角度的微分值根据所述角度误差θ
err
(m)和所述关节实际角度的微分值确定补偿速度V
conp
(m)。3.根据权利要求2所述的一种面向空间大惯量变负载的柔性关节运动速度跟踪系统，其特征在于，位置环控制器确定当前第m个位置环控制周期的角度误差θ
err
(m)，具体为：θ
err
(m)＝θ
cmd
(m)
‑
θ
j
(m)。4.根据权利要求2所述的一种面向空间大惯量变负载的柔性关节运动速度跟踪系统，其特征在于，位置环控制器确定当前第m个位置环控制周期的关节实际角度的微分值具体为：5.根据权利要求2所述的一种面向空间大惯量变负载的柔性关节运动速度跟踪系统，其特征在于，位置环控制器确定补偿速度V
conp
(m)，具体为：其中，K
P
‑
P
为位置环控制器比例系数，K
P
‑
D
为位置环控制器微分系数。6.根据权利要求1所述的一种面向空间大惯量变负载的柔性关节运动速度跟踪系统，
其特征在于，速度环控制器对关节期望速度V
cmd
(k)进行补偿，获得补偿后的期望速度V
cmdIn
(k)，具体为：V
cmdIn
(k)＝V
cmd
(k)+V
conp
...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘鑫，李德伦，王康，周东，张沛，辛鹏飞，高升，胡成威，张运，王友渔，余晟，
申请(专利权)人：北京空间飞行器总体设计部，
类型：发明
国别省市：
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