惯性参数不确定的自由漂浮空间机器人自适应控制研究  

Adaptive Control of Free-floating Space Robot with Inertia Parameter Uncertainties

作　　者：张福海[1,2] 付宜利[1] 王树国[1] 

机构地区：[1]哈尔滨工业大学机器人技术与系统国家重点实验室,黑龙江哈尔滨150001 [2]哈尔滨工业大学材料科学与工程博士后流动站,黑龙江哈尔滨150001

出　　处：《航空学报》2012年第12期2347-2354,共8页Acta Aeronautica et Astronautica Sinica

基　　金：国家自然科学基金(60975063);中央高校基本科研业务费专项资金(HIT.NSRIF.2013047)~~

摘　　要：针对自由漂浮空间机器人系统惯性参数不确定问题,提出一种笛卡儿空间内的自适应轨迹跟踪控制方法。采用扩展机械臂模型建立了自由漂浮空间机器人关节空间动力学方程,进而推导笛卡儿空间中的自由漂浮空间机器人动力学方程。在基于逆动力学法的自由漂浮空间机器人自适应控制器设计中,利用标称控制器离线固定控制参数与补偿控制器在线补偿方法,既可以保证惯量矩阵可逆,又可以使控制参数实时估计。采用Lyapunov方法的稳定性分析表明系统是稳定且渐进收敛的。最后,应用该控制方法对两杆平面自由漂浮空间机器人进行了仿真研究。仿真结果显示自由漂浮空间机器人末端执行器在笛卡儿空间具有良好的轨迹跟踪能力。In order to cope with the inertia parameter uncertainty of a free-floating space robot system, an adaptive trajecto- ry tracking control method is proposed in Cartesian space. Dynamic equations in the joint space of the free-floating space ro- bot system are formulated using the extended manipulator model, and then the dynamic equations in Cartesian space of the free-floating space robot system are derived. During the design of the adaptive controller for the free-floating space robot based on inverse dynamics, a nominal controller with fixed parameters offline and a compensative controller online are pro- posed to ensure invertibility of the inertial matrix of the dynamics model and real-time estimation of the parameters. The closed-loop system is proved to be stable and convergent by Lyapunov methods. Finally, numerical simulations of a two-link planar free-floating space robot are given using the proposed control method, which demonstrate good trajectory tracking performance of the end-effector of the free-floating space robot in Cartesian space.

关 键 词：自由漂浮空间机器人 关节空间 笛卡儿空间 自适应控制 LYAPUNOV方法 

分 类 号：V474[航空宇航科学与技术—飞行器设计] TP24[自动化与计算机技术—检测技术与自动化装置]