捕获载荷冲击漂浮基柔性空间机械臂动力学响应评估与自适应镇定控制及主动抑制-论文.pdf

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1、振动与冲击第33卷第14期JOURNALOFVIBRATIONANDSHOCK捕获载荷冲击漂浮基柔性空间机械臂动力学响应评估与自适应镇定控制及主动抑制董楸煌，陈力(福州大学机械工程及自动化学院，福州350108)摘要：分析漂浮基柔性空间机械臂受捕获载荷冲击后动力学响应及控制，利用假设模态法近似描述空间机械臂柔性杆弹性变形；利用第二类拉格朗日方程建立漂浮基空间机械臂系统动力学模型。基于动量守恒原理，利用动量冲量法评估受捕获载荷冲击后漂浮基空间机械臂系统动力学响应。设计自适应控制算法对受捕获载荷碰撞冲击后不稳定漂浮基空间机械臂进行镇定控制；设计线性

2、二次最优控制算法抑制柔性杆弹性振动。用数值仿真验证控制算法的有效性。关键词：漂浮基柔性空间机械臂；捕获载荷；碰撞冲击；自适应镇定控制；振动抑制中图分类号：TP241文献标志码：ADOI：10．13465／j．cnki．jvs．2014．14．018Dynamicsresponseevaluation，adaptivestabilizationcontrolandvibrationactivesuppressionforfree-floatingflexiblespacemanipulatorimpactedbycapturingloadDONG

3、Qiu—huang，CHENLi(SchoolofMechanicalEngineeringandAutomation，FuzhouUniversity，Fuzhou350108，China)Abstract：Thedynamicsresponseandcontrolofafree—floatingflexiblespacemanipulatorimpactedbycapturingloadwereanalyzed．Theelasticdeformationofflexiblelinkofthespacemanipulatorwasapprox

4、imatelydescribedbyusingthemethodofassumedmodes，andthedynamicsmodelofthefree—floatingspacemanipulatorsystemwasderivedwithsecondLagrangeequation．Basedonthemomentumconservationtheorem，thedynamicsresponseevaluationofthefree—floatingflexiblespacemanipulatorimpactedbycapturingload

5、waspresentedbyvirtueofthemomentumimpulsemethod．Then，anadaptivecontrolalgorithmwasdesignedforthestabilizationcontroloftheunstablefree—floatingspacemanipulatorafterimpactedbycapturingload，andalinearquadraticoptimalcontrolalgorithmwasdesignedforsuppressingtheelasticvibrationoff

6、lexiblelink．Thesimulationresultsverifythevalidityoftheabovecontrolalgorithms．Keywords：free—floatingflexiblespacemanipulator；capturingload；impact；adaptivestabilizationcontrol；vibrationsuppression随太空环境的开发、利用，空间机械臂将协助或代抑制的同时控制等均可作为空间机械臂研究参考依替宇航员完成太空作业任务，因此其相关理论与技术据。空间机械臂进行太空作业过

7、程中不可避免与载荷研究广受关注【J]。对漂浮基空间机械臂，其漂浮基发生接触碰撞，会造成空间机械臂系统不稳定运动及与机械臂间存在相互耦合运动。由于机械臂柔性杆等柔性附件弹性振动等J，因此对空间机械臂动力学与弹性附件的振动，使空间机械臂系统存在刚柔运动耦控制进行研究具有理论及工程应用价值。合，因此空间机械臂系统动力学特性及基于动力学的空问机械臂受捕获载荷冲击碰撞为复杂、多体系控制问题相对地面机械臂更复杂j。地面机械臂已统碰撞动力学问题。本文基于动量守恒原理，利用动有诸多研究成果，如考虑柔性机械臂的轨迹跟踪及柔量冲量法评估漂浮基空间机械臂受冲击后动力

8、学响性振动主动抑制的控制J、将关节控制器与柔性振动应。考虑冲击影响效应会引起空间机械臂与载荷组合控制器进行复合叠加以实现对机械臂关节运动与振动体系统不