飘浮基两杆柔性空间机械臂的振动分析与振动抑制.pdf

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1、第２２卷第３期载人航天Vｏl．２２Ｎｏ．３２０１６年６月ＭａｎｎｅｄＳｐａｃｅｆlｉｇｈｔＪｕｎ．２０１６飘浮基两杆柔性空间机械臂的振动分析与振动抑制１，２１于潇雁，陈力（１．福州大学机械工程及自动化学院，福州３５０１１６；２．福建省高端装备制造协同创新中心，福州３５０１１６）摘要：对载体位置无控、姿态受控的飘浮基两杆柔性空间机械臂操作过程中的振动进行了分析，并提出了对振动进行有效抑制的方法。首先利用拉格朗日方程并结合系统总质心定义，得到系统的动力学方程。然后对该系统操作过程中的振动进行了分析。接着利用奇异摄动法，将两杆柔性空间机械臂系统分解为一个关于载体姿态、杆件关节轨迹跟

2、踪的慢变子系统和一个描述柔性臂变形的快变子系统。以此为基础，提出了一个由慢变控制项和一个快变控制项组成的复合控制器，使得机械臂在操作过程中跟踪上载体姿态和关节期望轨迹的同时柔性臂的振动得到了有效的抑制。该控制方案的显著优点为不需要测量反馈载体的位置、移动速度、移动加速度。关键词：飘浮基柔性空间机械臂；载体姿态受控；奇异摄动法；振动分析；振动抑制中图分类号：ＴＰ２４１文献标识码：Ａ文章编号：１６７４-５８２５（２０１６）０３-０３５４-０７VibrationAnalysisandSuppressionofFree-floatingSpaceManipulatorwithTwoF

3、lexibleLinks１，２１ＹＵXｉａｏｙａｎ，ＣＨＥＮＬｉ（１．ＳｃｈｏｏlｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａlＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＡｕｔｏｍａｔｉｏｎ，ＦｕｚｈｏｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｆｕｊｉａｎ３５０１１６，Ｃｈｉｎａ；２．ＦｕｊｉａｎＰｒｏｖｉｎｃｉａlＣｏllａｂｏｒａｔｉｖｅIｎｎｏｖａｔｉｏｎＣｅｎｔｅｒｆｏｒＨｉｇｈ-ｅｎｄＥｑｕｉｐｍｅｎｔＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ，ＦｕｚｈｏｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｆｕｚｈｏｕ３５０１１６，Ｃｈｉｎａ）Abstract：Ａｆｒｅｅ-ｆlｏａｔｉｎｇｆlｅｘｉｂlｅｓｐａｃｅｍａｎｉｐｕlａｔｏｒｗｉｔｈｔｗｏｆlｅｘｉｂ

4、lｅlｉｎｋｓｗａｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄｉｎｔｈｉｓｐａ-ｐｅｒ．ＴｈｅｄｙｎａｍｉｃａlＬａｇｒａｎｇｅｅｑｕａｔｉｏｎｗａｓｅｓｔａｂlｉｓｈｅｄａｎｄｔｈｅｆlｅｘｉｂlｅlｉｎｋｓ’ｖｉｂｒａｔｉｏｎｗａｓａｎａ-lｙｚｅｄ．Ｔｈｅｎａｓｉｎｇｕlａｒlｙｐｅｒｔｕｒｂｅｄｍｏｄｅlｗａｓｆｏｒｍｕlａｔｅｄａｎｄａｐｐlｉｅｄｔｏｔｈｅｄｅｓｉｇｎｏｆａｒｅｄｕｃｅｄ-ｏｒ-ｄｅｒｃｏｎｔｒｏllｅｒ．Ｔｈｉｓｃｏｎｔｒｏllｅｒｃｏｎｓｉｓｔｓｏｆａｒｉｇｉｄｃｏｎｔｒｏlｃｏｍｐｏｎｅｎｔａｎｄａｆａｓｔｃｏｎｔｒｏlｃｏｍｐｏｎｅｎｔ．Ｔｈｅｒｉｇｉｄｓｕｂｓｙ

5、ｓｔｅｍｃｏｎｔｒｏllｅｒｗｉllｔｒａｃｋｔｈｅｄｅｓｉｒｅｄｔｒａｊｅｃｔｏｒｉｅｓｏｆｔｈｅｂａｓｅａｔｔｉｔｕｄｅａｎｄｔｈｅｊｏｉｎｔｓ．Ｔｈｅｆlｅｘｉｂlｅ-lｉｎｋｆａｓｔｓｕｂｓｙｓｔｅｍｃｏｎｔｒｏllｅｒｗｉllｄａｍｐｏｕｔｔｈｅｖｉｂｒａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｆlｅｘｉｂlｅlｉｎｋｓ．Ｎｕｍｅｒｉｃａlｓｉｍｕlａｔｉｏｎｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅlｉｎｋｓ’ｖｉｂｒａｔｉｏｎｗａｓｓｔａｂｉlｉｚｅｄｅｆｆｅｃｔｉｖｅlｙｗｉｔｈｇｏｏｄｔｒａｃｋｉｎｇｐｅｒｆｏｒｍ-ａｎｃｅ．Keywords：ｆｒｅｅ-ｆlｏａｔｉｎｇｆlｅｘｉｂlｅｓｐａｃ

6、ｅｍａｎｉｐｕlａｔｏｒ；ｃｏｎｔｒｏllｅｄｂａｓｅａｔｔｉｔｕｄｅ；ｓｉｎｇｕlａｒｐｅｒｔｕｒｂａｔｉｏｎａｐｐｒｏａｃｈ；ｖｉｂｒａｔｉｏｎａｎａlｙｓｉｓ；ｖｉｂｒａｔｉｏｎｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎ点是太空这一特殊环境，空间机器人系统的机械１引言臂与载体之间存在着强烈的动力学耦合问题，其在未来的空间操作作业中，空间机器人将扮动力学和控制问题远比地面固定基机器人来得复演着重要的角色，其应用将减少宇航员舱外活动杂。为了节省发射费用，空间机械臂系统需越来的危险和载人航天的费用，因此各国研究人员对越轻，从而导致机械臂的柔性越来越大。由于刚［１－５］空间机器人进行了广泛的研究。

7、由于工作地性运动和柔性振动的相互作用，每一个关节的控收稿日期：２０１４-０９-１２；修回日期：２０１６-０４-２７基金项目：国家自然科学基金（１１３７２０７３，１１０７２０６１）；福建省自然科学基金（２０１６Ｊ０１２２８）作者简介：于潇雁（１９７４－），女，博士，副教授，研究方向为机构学、空间机器人系统动力学与非线性控制。Ｅ-ｍａｉl：ｃｏｏl０９＠１６３．ｃｏｍ第３期于潇雁，等．飘浮基两杆柔性空间机械臂的振动分析与振动抑制３５５制力矩不但要保证跟踪上关节期望运动轨迹，同的转动惯量分别为m０、I０，柔性