基于递推分布式控制的空间机器人轨迹跟踪

摘要

空间机器人动力学特性复杂,具有强耦合、非线性、时变等特点,如何对其进行高效地建模、并设计有效的控制策略,是航天动力学与控制领域的研究热点.现有的空间机器人控制方案可分为“集中式”与“分布式”:前者将系统视为一个耦合的整体,控制器具有多输入多输出形式;后者将系统视为若干个耦合的子系统,每个子系统为机械臂的一个臂杆,并针对每个子系统各设计单输入单输出形式的控制器.集中式控制具有控制精度高、但计算量大的特点,分布式控制具有控制精度低、但计算效率高、易于实时解算的特点.本文综合以上两种方案,提出一种折中的控制策略——递推分布式控制.首先基于多体系统动力学递推算法,考虑各体间耦合,写出各个子系统的跟踪误差动力学方程.然后设计分布式非奇异终端滑模控制律,使跟踪误差能在有限时间内收敛到任意小的原点邻域内.最后通过带有一部机械臂的空间机器人轨迹跟踪任务进行数值仿真,验证控制方案的有效性.

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