控制受限下双臂空间机器人的改进反馈控制方法.pdf

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1、·信息技术·李茂涛，等·控制受限下双臂空间机器人的改进反馈控制方法控制受限下双臂空间机器人的改进反馈控制方法李茂涛．陈力l福州大学机械工程及自动化学院。福建福州350108)摘要：针对实际双臂空间机器人控制系统的驱动输入控制力矩受限的情况下．提出了一种改进位置输出反馈的轨迹跟踪控制算法。通过引入一阶线性滤波器．设计一种基于速度估计的位置输出的控制算法．该控制算法以伪速度信号来代替真实速度．避免测量速度带来的误差。在此基础上，引入饱和反正切函数设计一种新型的改进位置输出反馈的有界控制器。以实现系统控制输入力矩的受限。通过对基座姿态受控、位

2、置不受控的漂浮基双臂空间机器人系统进行仿真．验证了所提出的改进反馈控制方法的有效性关键词：双臂空间机器人；力矩受限：位置输出反馈；反正切函数中图分类号：TP242文献标志码：B文章编号：1671—5276(2015)05—0147—05ImprovedFeedbackControlforDual-armSpaceRobotwithControlConstraintsLIMaotao，CHENLi(CollegeofMechanicalEngineeringandAutomation，FuzhouUniversity，Fuzhou3501

3、08，China)Abstract：Inviewoftheboundedcontroltorqueoftheactualfree-floatingdual-armspacerobotcontrelsystem．anewkindoftrajec·tOrytrackingcontrolalgorithmusedtoimprovepositionoutput~edbackisputforward．Afirst—orderlinearvelocityfilterisadop~dinthedesignoftheoutputfeedbackcont

4、rolalgorithmbasedonspeedestimation．Thepseudovelocitysignalisusedtoreplacetherealspeedinthealgorithm，thusavoidingtheerrorofmeasuringapeed．Then，thesaturatedamtangentfunctionisadoptedagaininthedesignofanewkindofcontrolalgorithm．Thenewalgorithmcanbeusedtosignificantlyreducet

5、hedriverinputtorquevalueofthebaseattitudeandjointhinges．Numericalsimulationresultsshowthereliabilityandefectivenessofthecontrolapproach．Keywords：dual-anspacerobot：boundedtorques：positionoutputfeedback；arctangentfunction0引言1漂浮基双臂空间机器人动力学模型在控制设计中引入速度滤波器实现仅有位置输出反馈闭环控制，避免速度信

6、号测量和反馈，减小抖动现象，提基座位置不控、姿态受控的双臂空间机器人如图l所高系统的可靠性，这使得空间机器人基于速度滤波器的轨示。根据拉格朗日第二类方程，并耦合动量守恒关系．建迹跟踪控制研究引起了广泛关注[1-2]，但大多数是假设空立完全驱动形式的动力学方程：间机器人执行器输出力矩是无限大的，即采用无限大能量D(0)0+(0，0)0=．r(1)控制。在实际空问机器人控制系统中，当空间机器人的执其中：D(口)为对称、正定惯量矩阵；日(0，0)0ER为行器最大输出力矩超过最大限度力矩时将发生不利且不包含哥式力和离心力的列矩阵；=[0o000

7、04]为广义可避免的饱和现象，执行器饱和将导致系统性能弱化甚至坐标矢量；r=[Jr。r：r3r]为控制力矩矢量。丧失稳定性l3]。考虑控制力矩受限，可以减小空间机器动力学方程(1)有如下特性：人驱动电机的大小和整机尺寸，有利于促进空间机器人节能化和小型化发展．有利于节约使用成本和延长使用周期假设：系统期望运动轨迹0、0、0存在且连续等。同时，与单臂机器人相比，双臂机器人系统操作稳定有界。性更高、定位精度更准和负载能力更强，但是双臂空间机特性1÷D(0，0)=H()；器人存在强烈的耦合现象，导致地面机器人控制方法无法二特性2AM{D()}

8、≥llD()l≥A{o(x)}；直接运用到双臂空问机器人的控制系统中。针对以上问题．设计了控制力矩受限情况下．基座位特性3【存在Ch>0；使得l0I『≥llH0，0ll；置不控、姿态受控的双臂空间机器人系统