基于神经网络的跨尺度环境下空间机械臂滑模控制研究

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1、位代码：１０１８３分类号：ＴＰ２４２单研究生学号６７密级：公开：２０１５５２２０＃吉林大学硕士学位论文（学术学位）基于神经网络的跨尺度环境下空间机械臂滑模控制研究ｉｒｃｈｏｎｌｏｆＳａｃｅＭａｎｉｕｌａｔｏｒｓｎＲｅｓｅａＳｌｉｄｉｎｇＭｏｄｅｌＣｏｎｔｒｏｐｐ－ｒａＣＳｃａｌＮｅｔｗｏｒｋｒｏｓｓｌｅＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔＢａｓｅｄｏｎＮｅｕ作者姓名：史建博专业：控制理论与控制工程研究方向：机械臂运动控制指导教师：高巍副教授

2、培养单位：通信工程学院２０１８年６月———————————————————————————————基于神经网络的跨尺度环境下空间机械臂滑模控制研究———————————————————————————————ResearchonSlidingModelControlofSpaceManipulatorsinCross-ScaleEnvironmentBasedonNeuralNetwork作者姓名：史建博专业名称：控制理论与控制工程指导教师：高巍副教授学位类别：工学硕士答辩日期：2018年6月2

3、日未经本论文作者的书面授权，依法收存和保管本论文书面版本、电子版本的任何单位和个人，均不得对本论文的全部或部分内容进行任何形式的复制、修改、发行、出租、改编等有碍作者著作权的商业性使用（但纯学术性使用不在此限）。否则，应承担侵权的法律责任。吉林大学硕士学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交学位论文，是本人在指导教师的指导下，独立进行研宄工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人

4、和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。？学位论文作者签名．史肩Ｌ＃日期：ｊｚｏｊｉ年ｆ月另日摘要基于神经网络的跨尺度环境下空间机械臂滑模控制研究近年来，空间机械臂作为一项在轨服务的关键性技术在空间活动中扮演着不可替代的角色。空间机械臂在地面重力环境下完成组装，在空间微重力环境中进行在轨服务，重力环境的改变会引起空间机械臂运动行为的变化，如何解决这种运动行为差异是一个值得研究的课题。本文针对空间机械臂在跨尺度环境中的关节轨迹跟踪控制进行研究，具体内

5、容如下：首先，介绍了空间机械臂及其在跨尺度环境下轨迹跟踪控制的国内外研究现状，对微重力研究进行了综述，推导了空间机械臂系统的动力学和运动学模型，并分别给出了地面重力和空间微重力环境下的仿真模型。其次，针对跨尺度环境下空间机械臂的关节轨迹跟踪控制问题，设计基于空间机械臂名义模型的全局PID滑模控制方案。通过设计全局滑模面，使系统状态初始时刻就处于滑模面，消除了传统线性滑模控制中的到达运动阶段，基于空间机械臂的名义模型推导出等效控制律，使用基于指数趋近律设计的切换控制器对建模误差等不确定性进行补偿，并基于李

6、亚普诺夫理论证明了闭环系统的渐进稳定性。再次，针对全局PID滑模控制中出现的抖振问题，设计一种基于神经网络补偿的全局滑模控制策略。引入RBF神经网络对模型中的建模误差等不确定性进行逼近，通过切换控制器克服逼近误差的影响，同时使用双曲正切函数代替切换控制中的符号函数，设计神经网络权值自适应律，并基于李亚普诺夫理论证明了闭环系统的渐进稳定性。仿真结果表明所设计的控制器可以大大削弱系统的抖振现象，具有很强的鲁棒性。最后，分析了跨尺度环境中变化的重力项对空间机械臂运动控制的影响。针对空间机械臂在跨尺度环境下重力

7、项变化的问题，设计一种不依赖于系统模型的神经网络终端滑模控制策略。设计双幂次全局终端滑模面，通过RBF神经网络对变化的重力项进行在线建模，引入fksdt克服建模误差对系统的影响，使用传统切换控制器补偿ei系统的不确定性，基于李亚普诺夫理论证明了闭环系统的稳定性，仿真结果验证了该控制方法的有效性。关键词：空间机械臂，跨尺度环境，滑模控制，RBF神经网络，重力项IAbstractResearchonSlidingModelControlofSpaceManipulatorsinCross-ScaleEn

8、vironmentBasedonNeuralNetworkInrecentyears,spacemanipulatorhasplayedamoreandmoreimportantroleinspaceactivitiesasakeytechnologyinorbitservice.Thespacemanipulatorisassembledinthegroundgravityenvironmentandisservedinthemicro-