空间机械臂地面装调与空间应用迭代学习控制.pdf

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1、第21卷第1期2015年1月载人航天MannedSpaceflightV01．21No．1Jan．2015空问机械臂地面装调与空问应用迭代学习控制高娟娟，高静方，侯甜甜，刘福才4(燕山大学工业计算机控制工程河北省重点实验室，秦皇岛066004)摘要：针对空间机械臂系统地面装调和空间应用两阶段的末端轨迹控制问题，提出了采用闭环PD型迭代学习控制算法对空间机器人进行轨迹跟踪控制，从而使在地面重力条件下装调好的空间机械臂能够在空间微重力条件下实现在轨操控任务。建立了空间机械臂在地面装调阶段和空间应用阶段的运动学与动力学模型，给

2、出了控制算法和控制结构，并通过对控制器的收敛性进行分析，给出系统收敛的充分条件。仿真结果表明，采用闭环PD型迭代学习控制算法对轨迹跟踪是有效可行的。关键词：空间机械臂；地面装调；空间应用；迭代学习控制；跟踪控制中图分类号：TP241；V526文献标识码：A文章编号：1674-5825(2015)01-0083-08IterativeLearningControlofSpaceManipulatorduringGroundAlignmentandSpaceApplicationGAOJuanjuan，GA0Jingfang

3、，HOUTiantian，LIUFucai(KeylabofindustrialComputerControlEngineeringofHebeiProvince，YanshanUniversity，QiIl}luan酣ao066004，China)Abstract：Consideringtheendcontrolofspacemanipulatorduringgroundalignmentstageandspaceapplicationstage，theclosed—loopPD—typeiterativelearni

4、ngcontrolalgorithmwasadoptedtotrackitstrajectory．Acontrolstrategyfortheendcontrolofspacemanipulatorwhichcouldadjusttothegravityenvironmentchangesfromgroundtospacewasproposedinthispaper．Thekinematicmodelanddynamicmodelforthegroundphaseandspacephasewereestablished，

5、thecontrolsystemalgo—rithmandstructurewerepresented，anditsconvergencewasproved．Simulationresultsshowthattheuseofclosed—loopPD-typeiterativelearningcontrolalgorithmfort珀jeetorytrackingiseffectiveandfeasible．Keywords：spacemanipulator；groundalignment；spaceapplicatio

6、ns；iterativelearningcontrol；trackingeontrol1引言随着航天事业的迅速发展和对太空探索的不断深入，卫星的释放及回收、空间站的建造及维修、空间设备的维护等大量的空间任务需要人类来完成，但由于太空环境存在的特殊性(如微重力、超高真空、原子氧、高温差、高能带电粒子辐射等各种苛刻空间环境因素的单一或耦合作用)，航天员的空间作业活动受到了极大的威胁。而空间机械臂能够适应恶劣的太空环境，因此采用空间机械臂来协助或代替航天员完成一些空间作业任务，在安全性和经济性方面都具有重要的意义，已经成为空间

7、技术研究领域内的一个重要的研究方向。各国都在研究以空间机械臂为手段，以卫星修补、生命延长以及太空垃圾清除为目的的在轨服务技术01-3]，即利用空间机械臂系统对故障卫星进行跟踪、接近、捕获、对接、维修等操作。目前绝大多数研究集中在空间微重力环境模收稿日期：2014-07-25；修回13期：2014-01-02基金项目：国家高技术研究发展计划(863计划)作者简介：高娟娟(1987一)，女，硕士，讲师，研究方向为空间机器人建模与控制。E．mail：gaojuanjuan_2008@163．tom84载人航天第21卷拟、空间机

8、械臂建模以及空间应用过程的轨迹控制问题上。文献[4_6]介绍了目前国际上的空间微重力地面模拟实验方法；文献[7-9]研究了空间机械臂的建模方法；文献[10]介绍了一种机器人轨迹优化的方法；文献[1l一13]研究了空间机械臂在轨操作过程中轨迹跟踪控制器的设计方法。然而空间机械臂空问在轨操控过程中处于微重力状态，但在地面