不确定空间机器人自适应模糊﹢H∞控制

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1、第２１卷第６期载人航天Ｖｏｌ．２１Ｎｏ．６２０１５年１１月ＭａｎｎｅｄＳｐａｃｅｆｌｉｇｈｔＮｏｖ．２０１５不确定空间机器人自适应模糊H控制∞程靖，陈力（福州大学机械工程及自动化学院，福州３５０１１６）摘要：针对参数不确定及具有外部扰动情况下，载体位置不控、姿态受控的漂浮基空间机器人系统的自适应控制问题，结合系统动量守恒定律，采用拉格朗日第二类方程并建立了完全能控形式的刚性系统动力学方程。为了使系统具有抗扰动能力，将模糊逻辑系统与H∞控制有机结合，提出了自适应模糊H∞控制方案，用模糊逻辑系统逼近系统的未知参数部分与并设计了一个H∞鲁棒控制项用于消除逼近误差，根据Ｌｙａｐｕｎｏｖ

2、方法给出了学习自适应律与H∞跟踪特性的证明。最后，计算机数值仿真结果表明所提出的控制方案具有可行性。关键词：空间机器人；外部扰动；模糊逻辑系统；H∞控制中图分类号：ＴＰ２４１文献标识码：Ａ文章编号：１６７４-５８２５（２０１５）０６-０５６４-０４AdaptiveFuzzyH-infinityControlofUncertainSpaceRobotSystemＣＨＥＮＧＪｉｎｇ，ＣＨＥＮＬｉ（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＡｕｔｏｍａｔｉｏｎ，ＦｕｚｈｏｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｆｕｚｈｏｕ３５０１１６，Ｃｈｉｎａ）Abstract：Ｔｈｅａｄ

3、ａｐｔｉｖｅｃｏｎｔｒｏｌｐｒｏｂｌｅｍｏｆｔｈｅｕｎｃｅｒｔａｉｎｆｒｅｅ-ｆｌｏａｔｉｎｇｆｌｅｘｉｂｌｅｓｐａｃｅｒｏｂｏｔｗｉｔｈｅｘｔｅｒ-ｎａｌｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅｗａｓｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｗｉｔｈｔｈｅｍｏｍｅｎｔｕｍｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎｒｅｌａｔｉｏｎｓ，ｒｉｇｉｄｓｙｓｔｅｍｄｙｎａｍｉｃｓｍｏｄｅｌｗａｓｓｅｔｕｐｂｙｔｈｅＬａｇｒａｎｇｅｍｅｔｈｏｄ．Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｅｎｓｕｒｅｔｈｅｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅ-ｏｐｐｏｓｉｎｇａｂｉｌｉｔｙｏｆｓｐａｃｅｒｏｂｏｔｓｙｓｔｅｍ，ｃｏｍｂｉｎｉｎｇｔｈｅｆｕｚｚｙｌｏｇｉｃｓｙｓｔｅｍｗｉｔｈｔｈｅＨ-

4、ｉｎｆｉｎｉｔｙｃｏｎｔｒｏｌ，ａｄａｐｔｉｖｅｆｕｚｚｙＨ-ｉｎｆｉｎｉｔｙｃｏｎｔｒｏｌｓｃｈｅｍｅｗａｓｐｒｏｐｏｓｅｄ．ＦｕｚｚｙｌｏｇｉｃｓｙｓｔｅｍｗａｓａｐｐｌｉｅｄｔｏｅｓｔｉｍａｔｅｔｈｅｕｎｃｅｒｔａｉｎｐａｒｔａｎｄａｒｏｂｕｓｔＨ-ｉｎｆｉｎｉｔｙｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎｔｅｒｍｗａｓｄｅｓｉｇｎｅｄｔｏｅｌｉｍｉｎａｔｅｔｈｅａｐｐｒｏｘｉｍａｔｉｏｎｅｒｒｏｒ．ＢａｓｅｄｏｎＬｙａｐｕｎｏｖｍｅｔｈｏｄｓ，ｔｈｅｓｔａｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｃｌｏｓｅｄ-ｌｏｏｐｓｙｓｔｅｍｗａｓｐｒｏｖｅｄ．Ｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｂａｓｅｄｏｎａｐ

5、ｌａｎａｒｔｗｏ-ｊｏｉｎｔｆｒｅｅ-ｆｌｏａｔｉｎｇｓｐａｃｅｒｏｂｏｔｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｐｒｏｐｏｓｅｄｃｏｎｔｒｏｌｓｃｈｅｍｅｗａｓｆｅａｓｉｂｌｅ．Keywords：ｓｐａｃｅｒｏｂｏｔｓｙｓｔｅｍ；ｅｘｔｅｒｎａｌｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅ；ｆｕｚｚｙｌｏｇｉｃｓｙｓｔｅｍ；Ｈ-ｉｎｆｉｎｉｔｙｃｏｎｔｒｏｌ针对载体位置和姿态不受控的情况，提出了自适１引言［７］应标准增广形式法。空间机械臂系统的基体随着人类空间技术的进步，空间机器人系统处于自由漂浮状态，但为了保证与地面装置的通越来越多地应用到太空垃圾回收、舱外故障维修［８-９］信工作正常，

6、一般也会控制基体姿态角。在太等空间任务中。目前，空间机器人的研究受到国空失重环境下，存在各种各样的外部扰动，比如：［１-３］内外学者的广泛重视，其系统动力学方程受动摩擦力、太阳风、液体姿态控制燃料晃动及质量的量守恒定律约束，系统各关节存在强耦合作用，系变化。所以，在设计控制系统时要注意到：外部扰统惯性参数为非线性函数关系。近年来，滑模控动对控制精度及有效性将产生极大的影响。由于制，鲁棒控制，自适应控制逐步被应用到空间机器各种原因，空间机器人在太空中实际运行时，其参［４-６］人的控制中，并取得了一定实际效果。Ｇｕ等数将会发生变化，按理想模型建模得到的动力学收稿日期：２０１４-０８

7、-１１；修回日期：２０１５-１０-０３基金项目：国家自然科学基金资助项目（１１３７２０７３）作者简介：程靖（１９８９－），男，博士生，研究方向为空间机器人动力学与控制。Ｅ-ｍａｉｌ：ｃｊｚｚ８５９＠１６３．ｃｏｍ第６期程靖，等．不确定空间机器人自适应模糊H∞控制５６５－１方程会存在建模误差。令Gx＝Dq，可将系统动力学方程改写为针对以上问题，本文基于模糊控制理论及式（３）：H∞控制技术，提出了一种自适应模糊控制方案。y¨１f１τ１该方案具有模糊控制、不需要数学模型、鲁棒性好y¨２＝f２＋Gx