基于遗传算法整定的空间机械臂控制方法-论文.pdf

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1、Vo1．39．】0．2火力与指挥控制第39卷第2期Feb，2014FireControl＆CommandControl2014年2月文章编号：1002—0640(2014)02—0061—03基于遗传算法整定的空间机械臂控制方法王超，董正宏，高永明，尹航(装备学院，北京101416)摘要：针对空间机械臂关节角度控制时中存在的精度较低、建模误差较大等问题，采用遗传算法对PID参数进行整：定的空间机械臂控制算法，可以有效地提高了关节角度控制的精度。仿真结果表明，使用遗传算法PID参数的整定算法，对空间机械臂关节角度具有较好控制性能，并且克服了传统P

2、ID调整参数困难的缺点。关键词：遗传算法，空间机械臂，整定算法，PID控制中图分类号：TP24文献标识码：AControlStrategyforSpaceManipulatorBasedonGeneticAlgorithmSelf-TuningWANGChao，DONGZheng-hong，GAOYong-ming，YINHang(AcademyofEquipment，Beo'ing101416，China)Abstract：Forquestionofjointanglecontrolofspacemanipulator，amethodbase

3、dongeneticalgorithmPIDself-tuningisproposed，whichcanimprovethecontrolaccuracyofjointangle．Theresultshowsthatthecontrolperformanceofthespacemanipulatorisimproved，andthedifficultiesoftraditionalPIDparameterregulationcanbeavoidedbythismethod．Keywords：geneticalgorithm，spacemanip

4、ulator，self-tuningmethod，PIDcontrol星、荷兰的天文卫星和“国际通信卫星”V号、我国的引言“风云”1号气象卫星和“东方红”3号通信卫星等。空间机械臂具有体积小、能耗低、质量轻、以及遗传算法是宏观意义上的仿生算法，它模拟的负载自重比大等特点，由于其具有高度的人工智机制是生物的进化过程，主要基于达尔文的“优胜劣能，可以代替宇航员完成抓捕、对接、维修等危险的汰、适者生存”的原理，具有并行计算、全局收敛、编在轨作业任务，是近年来世界各航天大国研究的热码操作等特点。由于其算法结构具有开放性，且易于点[]。虽然空间机械臂在航

5、天中的使用已经进入与问题结合，便于运算，目前已成功地应用于求解多了试验使用阶段，并有相关的航天器进行在轨试验种复杂的优化问题_8]，本文将其用于PID参数的整(美国的轨道快车、Et本的ETS—VII等)，然而在对定，能有效地克服PID控制算法调参困难的缺点。空间机械臂的关节角度控制时仍存在控制精度较本文首先对空间机械臂的动力学模型进行建低、建模误差较大等问题。立，并设计其PID控制器，然后利用遗传算法对PIDPID控制算法是一种发展成熟并在工程上被控制器的3个参数进行整定，最后在MATLAB中进广泛采用的控制算法，具有对模型要求不高、算法简行了

6、仿真验证。单易实现、鲁棒性好、可靠性高的优点。例如三轴1空间机械臂动力学及控制器设计稳定卫星常：采用此类对数学模型的精度要求不高、且自身控制精度较高，同时又有良好动态性能的控1．1空间机械臂动力学模型制方法[，例如美国Landsat—D和“天空实验室”卫本文中所研究的空间机械臂的模型如下页图1收稿日期：2(113—01一l8修回日期：2013—03—11．作者简介：王超(1986-)，男，山西运城人，硕士研究生。研究方向：兵器科学与技术。·6l·(总第39—0246)火力与指挥控制2014年第2期所示，它由尼自由度机械臂和作为基座本体的航天题就

7、是参数的编码和译码问题。由于要对K。、K、器组成。其动力学模型为：3个参数的进行优化整定，所以属多目标寻优问题。考虑到寻优精度以及迭代时间，本文对每个参数采钏磐㈩用10位无符号二进制码表示。其中，c、c分别为与基座运动和机械臂运动相步骤2：选取初始种群关的非线性力，包括向心力和哥氏力；Fb为作用于在初始群体的生成上，首先根据经验估计出基座的力和力矩，为机械臂关节的驱动力矩，Fe为PID3个参数的取值范围，然后，在此范围内采用步机械臂末端受到的外力和力矩；、H、和的表骤1中的编码方式生成初始种群，使种群中的个体达式参见文献[9]。能够均匀分布。步

8、骤3：适应度函数的确定在遗传算法中使用适应度这个概念，用来度量群体中各个个体在优化计算中能达到或接近于或有助于找到最优解的优良程度。度量个体适应度的函