空间机器人主从遥操作的自抗扰控制

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1、第30卷第6期2011年12月飞行器测控学报JournalofSpacecraftTT&CTechnologyVoI．30No．6Dec．2011空间机器人主从遥操作的自抗扰控制。胡天健，黄学祥(北京跟踪与通信技术研究所·北京·100094)摘要：目前基于模型的控制方法是空间机器人遥操作控制的主流方法，但该方法不可避免地会引入运动的累积误差，甚至造成控制失稳。针对这一问题，基于自抗扰控制方法为空间机器人主从遥操作设计了一类单关节控制器，并采用计算机仿真方法研究了其基本性能，结果表明所设计的自抗扰控制器能够实现稳定的遥操作控制，且具有良好的抗扰性和鲁棒性。特别是由

2、于自抗扰控制方法不依赖于机器人的数学模型，因此十分适合作为现行基于模型控制的有益补充。关键词：主从遥操作；时延；自抗扰控制中图分类号：V476．5；TP241文献标识码：A文章编号：1674—5620(2011)06～0021—05DOI：CNKI：11-4230／TV．20111129．1640．001ActiveDisturbanceRejectionControlforSpaceMaster-SlaveTeleoperationHUTianjian，HUANGXuexiang(BeijingInstituteofTrackingandTelecommuni

3、cationsTechnology，Beijing100094)Abstract：Model—basedcontroliscurrentlythemainstreammethodfortelerobotteleoperation．However，themethodinevitablybringsaboutaccumulativemotionerrorsorevenunstablemotionofatelerobot．Tosolvethisproblem，thispaperdesignsatypeofsingledegree-of-freedom(DOF)rota

4、tingjointsbasedonactivedisturbancerejectioncon—trol(ADRC)methodformaster-slavetelerobotoperation．ComputersimulationofitsperformanceshowsthatAD—RChasstableperformance，gooddisturbance-rejectioncapabilityandrobustness．Inparticular，ADRCdoesnotrelyentirelyonthemathematicalmodelofatelerobo

5、t．Therefore，theresultofresearchisanaugmentationtothecur—rentlyusedmodel-basedapproach．Keywords：SpaceMaster-SlaveTeleoperation；Delay；ActiveDisturbanceRoectionControl(ADRC)0引言空间机器人遥操作是执行航天器在轨服务、星球表面探测等空问任务的重要手段。从目前国内外空间机器人遥操作的相关研究和试验情况来看，天地回路中不可避免地存在着一个随机变化的大时延。在时延条件下，上行控制往往采用“控制一等待”的模

6、式，而遥操作处理的空间任务大多时变性很强，须采用连续实时的控制模式。文献[1]的相关研究表明，对于带时延系统的连续实时控制，其核心问题在于克服时延的影响，保证系统的稳定性，提高系统的动态品质。文献[2—4]对空间机器人遥操作现有控制算法进行了总结。根据是否依赖于精确建模可将现有遥操作控制算法分为2类：不依赖于精确建模的控制算法仅能处理4s以下的天地回路时延，难以满足近地航天器遥操作克服4～6S甚至更长回路时延的要求；依赖于精确建模的控制算法能够处理5S以上的天地回路时延，是目前遥操作试验的主要控制方法。但由于天地不一致性和通信带宽的限制，不可能获得与在轨真实系统

7、完全一致的模型，因此该方法不可避免地会引入机器人运动的累积误差，甚至造成控制失稳。为此，需要寻求一类不依赖于精确建模，同时又能在4～10S天地回路时延条件下保证系统稳定性和良好动态品质的控制算法作为现有遥操作控制方法的补充。*收稿日期：2011—05—13；修回日期：2011—06—29；网络出版时间：2011—11—2916：40网络出版地址：http：／／www．cnki．net／kcms／detail／11．4230．TV．20111129．1640．001．html第一作者简介：胡天健(1987一)，男，硕士研究生，主要研究方向为空间机器人遥操作；E—m

8、ail：hutianji