基于最小关节力矩优化的自由浮动空间刚柔耦合机械臂混沌动力学建模与控制  

Control and modeling of chaotic dynamics for a free-floating rigid-flexible coupling space manipulator based on minimal joint torque's optimization

作　　者：王从庆[1,2] 吴鹏飞[1] 周鑫[1] 

机构地区：[1]南京航空航天大学自动化学院,南京210016 [2]西安交通大学,机械制造系统工程国家重点实验室,西安710049

出　　处：《物理学报》2012年第23期81-88,共8页Acta Physica Sinica

基　　金：江苏省科技支撑计划(批准号:BE2010190);西安交通大学机械制造系统工程国家实验室开放基金(批准号:201002)资助的课题~~

摘　　要：采用拉格朗日法、假设模态法和系统动量守恒原理,推导了一种平面内三连杆的自由浮动刚柔耦合冗余度空间机械臂的动力学模型.基于最小关节驱动力矩优化,建立了自由浮动刚柔耦合冗余度空间机械臂的混沌运动状态方程,采用混沌数值方法分析机械臂运动中的混沌现象,分别在工作空间、关节空间和模态空间,设计鲁棒Proportional-Derivtive(PD)补偿控制、延迟反馈控制和模态力最优控制,实现了轨迹跟踪、混沌运动抑制和振动控制.通过数值仿真验证了建模与控制方法的有效性.The dynamic model of a planar free-floating rigid-flexible redundant space manipulator with tree joints is derived by the assumed mode method, Lagrange principle and momentum conservation. Based on minimal joint torque optimization, the state equations of chaos motion for the free-floating redundant space manipulator are built. Then chaotic numerical method is used to analyze chaotic dynamic characteristics of the model. The robust Proportional-Derivative（PD） compensatory control, the delayed feedback control and the optimal control are designed in work space, joint space and mode space respectively. The composite control can assure the trajectory tracking, chaotic suppression and vibration control. The experimental results show the effectiveness of the presented methods.

关 键 词：空间机械臂 非线性动力学 混沌运动抑制 混合控制 

分 类 号：TP242[自动化与计算机技术—检测技术与自动化装置]