空間機器人全局逼近收斂控制

張歡慶， 劉宜成

(四川大學電氣信息學院，成都 610065)

0 引言

隨著人類在太空領域的探索不斷深入，空間機器人的應用越來越廣泛，例如，航空器維修、空間站建設、衛(wèi)星捕獲等太空任務[1-4]，空間機器人將在未來的空間工程中扮演重要角色。針對不斷提出的新任務要求，設計出合適的空間機器人系統(tǒng)控制器顯得尤為重要[5]。對空間機器人的研究不同于地面機器人：一方面，空間機器人的機械臂與基座之間存在動力學耦合作用，整個系統(tǒng)服從動量守恒定律，其動力學方程不具有線性參數(shù)化的性質(zhì)，復雜度更高;另一方面，空間機器人的動力學模型非常復雜且存在許多不確定性，如基座與機械臂的質(zhì)量、轉(zhuǎn)動慣量等參數(shù)無法獲得精確值，并且太空中工作環(huán)境復雜，外部信號和測量噪聲都會對機器人系統(tǒng)造成干擾。如果設計的控制器不能對外部干擾起到抑制作用，不僅會降低控制器的性能，還會影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

針對上述的復雜空間機器人系統(tǒng)，很多控制方法被提出。文獻[6]提出分解運動速度控制方法，基于廣義雅可比矩陣的概念，將機械臂末端執(zhí)行器的期望運動速度分解為關節(jié)的期望速度，然后對各個關節(jié)進行伺服控制；文獻[7]基于擴展的雅可比矩陣，設計了一種空間機器人的零反作用控制器，實現(xiàn)了末端執(zhí)行器的軌跡跟蹤與基座姿態(tài)調(diào)整。然而此類算法無法考慮避動力學奇異問題，也無法得到優(yōu)化的控制輸入。文獻[8]研究了空間機器人自適應控制方案，解決未建模動力學問題；……