柔性關節空間漂浮機械臂奇異攝動自抗擾控制仿真研究①

劉福才 劉 林 郭根旺

(燕山大學工業計算機控制工程河北省重點實驗室 秦皇島 066004)

0 引 言

現今許多國家都投身于空間站的建設及太空研究中。由于太空環境相對惡劣，所以空間機械臂成為了人們所中意的太空工作助手。同時，機械臂使用的安全性和工作精度也受到更多關注[1]。惡劣環境和機械臂本身材料構造等是影響機械臂工作安全性的主要因素。關節間隙、關節柔性等因素也在很大程度上影響機械臂的工作精度。其中，關節柔性會產生滯后、振動、非線性耦合等問題[2]。

本文主要對柔性關節空間機械臂軌跡跟蹤控制問題做仿真研究及運動行為分析。建立了地面重力及空間微重力2種工況下的模型，為軌跡跟蹤控制設計基于奇異攝動的自抗擾控制器，并做出穩定性分析及仿真分析，仿真結果與基于奇異攝動的自適應PD控制器控制效果進行比較。

1 國內外相關研究

國內外很多學者對柔性關節機械臂進行了控制研究。Good等人[3]通過實驗發現關節柔性會影響機械臂的工作精度。Benosman等人[4]主要是對平面多連桿柔性臂進行消除振動的關節軌跡控制。針對慢關節運動和快關節運動以因果控制為基礎使用2種方案進行控制，并以二連桿為例，進行數值模擬和實驗結果驗證。王旭輝等人[5]提出一種欠驅動柔性關節機器人趨同控制算法，從原理上驗證了控制器的可行性。榮吉利等人[6]針對關節柔性帶來的振動問題，提出了一種LQR和PD控制相結合的控制器，進行了仿真研究和實驗研究。……