空间绳系机器人捕获目标后的面内自适应回收方法

《空间绳系机器人捕获目标后的面内自适应回收方法》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、航空学报ActaAerOnauticaetAstrOnaulicaSinicaDec252015Vol36No．124035—4042ISSN1000—6893CN11—1929／Vhttp：#hkxb．buaa．educnhkxb@buaa．educrl空间绳系机器人捕获目标后的面内自适应回收方法孟中杰1’2一，黄攀峰1’2，王东科1’21．西北工业大学航天学院智能机器人研究中心，西安7100722．航天飞行动力学技术国家级重点实验室，西安710072摘要：在空间绳系机器人(TSR)捕获目标星后，操作机构与

2、目标星形成质量、惯量和系绳连接点位置等参数未知的组合体，且系绳长度、偏角与组合体姿态严重耦合，控制输入严格受限，回收控制十分困难。针对其回收难题，综合考虑系绳长度、系绳偏角与组合体姿态，利用拉格朗日法建立了轨道面内的动力学模型，并基于动态逆理论设计了一种自适应抗饱和回收控制方法。首先，在对组合体质量、惯量与系绳连接点进行在线估计的基础上，设计一种自适应动态逆回收控制器；然后，设计辅助变量对控制输入进行补偿，解决控制输入受限问题；最后进行仿真验证。仿真结果表明，在线估计器能够快速有效地估计组合体动力学参数，回收

3、控制系统能够利用受限的控制输入克服抓捕时刻的系绳偏角和组合体姿态扰动，并沿设计的回收轨迹实现稳定有效回收。关键词：空间绳系机器人；动力学模型；回收控制；动态逆控制；自适应控制；抗饱和中图分类号：V448．22文献标识码：A文章编号：i000—6893(2015)12—4035—08由平台、系绳、操作机构组成的空间绳系机器人可广泛应用于故障卫星维修、轨道垃圾清理等在轨服务任务[1。2]。但由于空间系绳的存在，空间绳系机器人的飞行控制问题十分复杂。目前研究多集中在逼近目标过程的控制上，文献I-3]提出分阶段利用系

4、绳拉力与推力器协调控制飞行轨迹的方法。文献[4]提出控制系绳连接点位置改变系绳方向，从而利用系绳拉力进行协调控制的方法。文献[5]针对系统轨道面内的旋转问题，设计了一种利用系绳张力和推力器的协调控制方法。文献[6—8]基于系绳拉力研究了利用伪谱法的逼近优化控制方法。文献[9一lo]研究了利用可转动连杆机构改变系绳张力方向，实现逼近目标过程中的姿态元动量轮控制。文献[11—12]综合考虑位置和姿态，研究了空间绳系机器人利用系绳和推力器的协调控制方法。文献[13]设计了一种由多根系绳构成的可移动系绳点机构实现对系

5、绳张力矩的应用。文献D4]在逼近过程研究中还综合考虑了平台的影响。而针对空间绳系机器人捕获目标后的回收问题，目前研究较少。与逼近问题相比，回收过程是不稳定的，控制难度更大。文献[15]利用李雅普诺夫理论设计了一种非线性回收控制方法，文献口6]设计了一种后退时域控制方法，文献[17]考虑地球J2摄动和加热效应研究了系绳回收问题，但均忽略了操作机构的姿态。文献D8—19]仅研究了捕获后复合体的姿态控制问题，而忽略了系绳姿态的变化。实际上，系绳姿态变化与操作机构的姿态是紧密耦合的，在回收控制中需要综合考虑。另外，在

6、空间绳系机器人完成对目标的捕获后，操作机构与目标形成一个质量、收稿Et期：2014-11—18；退修日期：2014—12—18；录用日期：2015—03—02；网络出版时间：2015一03—1210：36网络出版地址：WWW．cnkinet／kcms／detail／11．1929．V201503121036001htmI基金项目：国家自然科学基金(11272256)；中央高校基本科研业务费专项资金(3102014JC。01005)*通讯作者Tel：029—88460366—802E-mail：mengzhon

7、gjie@nwpueduca引用格式}MengZJ．HuangPF，WangDKIn-planeadaptiveretrievalme伪odfortetheredspacerobotsaftertargetcapturingfJJ．ActaAeronauticaetAstronauticaSinica，2015，36(12)：4035—4042盂中杰．董攀峰，壬东科。空藏绳系机器人撼获琶标瑶的面内自适应回收方法!JI航空学报．2015，36(12)：4035—4042航空学报惯量和系绳连接点位置均未知的组合体

8、，且其可用控制力／力矩严格受限于操作机构。这也是除动力学不稳定特性外，回收控制的两大难题。而前人的研究中均假设质量、惯量和系绳连接点位置已知，且未考虑控制力／力矩受限的问题。本文针对捕获目标后，空间绳系机器人的回收控制问题，建立了综合考虑系绳姿态与操作机构／目标组合体姿态的动力学模型，并考虑组合体质量、惯量、系绳连接点位置的不确定性和受限的控制力／力矩，基于动态逆技术设计一种自适应抗饱和回收控制方法