空间绳系机器人大角度姿态机动控制.pdf

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1、第28卷第12期计算机仿真2011年12月文章编号：1006—9348(2011)12-0168一04空间绳系机器人大角度姿态机动控制孟中杰，马骏(西北工业大学航天学院，陕西西安710072)摘要：空间绳系机器人在非合作目标捕获／操作方面应用前景十分美好。研究绳系机器人优化控制问题，针对系绳干扰和大角度测量误差下的大角度姿态机动控制难题，建立包括运动学／动力学模型、执行机构模型、干扰模型的空间绳系机器人大角度姿态机动模型。并在Lyapunov原理的指导下，基于动态RBF神经网络理论和白适应控制理论设计了四元数反馈控制器

2、。并进行仿真验证。仿真结果表明，机器人姿态机动速度快，稳态精度高，能够满足空间绳系机器人下一步操作的需求，为空间绳系机器人的精确操作提供了依据。为未来在轨服务技术的发展莫定理论基础。关键词：空间绳系机器人；姿态控制；姿态机动；四元数反馈控制中图分类号：V411．8文献标识码：BLargeAngleAttitudeManeuverControlforTetheredSpaceRobotMENGZhong—jie，MAJun(CollegeofAstronautics，NorthwesternPolytechnicalUn

3、iversity，Xi’anShanxi710072，China)ABSTRACT：Tetheredspacerobothasaverybrightfutureintheacquisitionandoperationfurnon—cooperativetar-get．Tosolvetheproblemoflarge明glemaneuvercontrolundertheinterferenceoftetherandthelarge锄glemess·urementerror，thecompletemaneuvermodel

4、includingthekinematic／dynamicmodel，theexecutingagencymodelandtheinterferencemodel，WaSestablishedinthispaper．UndertheguidanceoftheLyapunovtheory，thequatemionfeedbackcontrollerWaSdesignedbasedondy,mmicRBFneuralnetworkandadaptivecontroltheory．Thesimulationshowsthat

5、undertheactionofthecontrolsystem，themaneuverisfastandthesteadyprecisionis±3．5。，whichCallmeettheneedsoftetheredspacerobot．Itlaysthefoundationforpreciseoperationoftetheredspacerobot，whichisthetheoreticalbasisofOurfutureon—orbitserviCeg．KEYWORDS：Tetheredspacerobot；

6、Attitudecontrol；Attitudemaneuver；Quatemionfeedbackcontrol1引言近年来，随着空间技术的发展，空间任务日趋多样化和复杂化，对于故障卫星维修、近距离目标捕获、轨道垃圾清理⋯等近距离空间操作的需求越来越迫切。目前“平台／基座+多自由度机械臂+机械手”构型的空间机器人，在非合作目标捕获方面存在抓捕距离近、碰撞风险高等局限性。用空间系绳取代多自由度机械臂，可以构成由“平台／基座+空间系绳+抓捕装置”组成的新璎空问绳系机器人。这种空间绳系机器人操作半径町达百米级，远大于传统的

7、空间机器人。较远距离的操作不仅避免空间平台近距离的逼近和停靠机动，减少燃料消耗，而且提高了任务过程中空间平台的基金项目：国家自然科学基金(61005062)。中国博士后基金(20100471640)收稿日期：2010—12—20修回日期：2011—02—13．．——168··——安全性‘2。‘】。在宅间绳系机器人的研究方面，文献[2，3]分别提出了空间绳系机器人ROGER和sTARS的概念，并对其任务做了详细描述；文献[4]基于Vega平台开发了空间绳系机器人在轨捕获仿真系统，通过视景仿真系统演示了空间绳系机器人对非合

8、作目标的捕获流程。以ROGER为例，由于质量、体积和成本的限制，其传感器件采用双目测量装置和惯导器件，执行器件仅有推力器。由于双目测量装置的作用距离较短，在空间绳系机器人的任务中加入悬停调姿段，以提高操作精度。与传统卫星的大角度姿态机动相比，空间绳系机器人悬停调姿段需要克服系绳干扰和测量误差等因素，利用推力器进行快速、大角度姿态调