基于模糊幂次趋近律的漂浮基空间机器人快速滑模控制
                                                       童 超，陈 力
                                 (福州大学机械工程及自动化学院，福建 福州 350116)
    针对空间机械臂轨迹跟踪控制过程中的抖振抑制问题，讨论了一种基于模糊幂次趋近律的快速滑模变结构控制方法。首先运用拉格朗日第二类方程，建立了空间机械臂系统的动力学模型。然后对机械臂的传统滑模面进行改进，设计了一种快速非线性滑模面。利用模糊控制理论，设计了一种模糊幂次趋近律，使机械臂抖振抑制的效果明显，同时也保证了系统的轨迹跟踪控制效果。通过Lyapunov稳定性分析定理，验证了系统的稳定性和收敛性。最后用仿真实验结果证明了所设计控制方法的有效性和可行性。


   空间机械臂在太空开发过程中发挥着越来越重要的作用，对其动力学及控制问题的研究也是当前的一大热点［1］。空间机器人是一个典型的非线性、强耦合性和时变的系统，相对于地面机械臂，其控制技术也更加复杂。对此，科研人员对其控制技术、方法进行了深入的研究［2-3］。滑模变结构控制是一种常用的鲁棒控制方法，其结构简单且响应快速，因此被广泛应用于机械臂的控制［4-6］。本文讨论了载体位置无控、姿态受控情况下，漂浮基空间机器人的快速滑模变结构控制问题。为使空间机器人控制快速收敛，设计了一种快速非线性滑模面。针对漂浮基空间机器人的抖振抑制问题，利用模糊理论，设计了一种模糊幂次趋近律［7］，以此保证系统关节铰的轨迹跟踪。最后对所设计的控制算法进行了数值仿真分析，验证了该控制方法的有效性。

1空间机器人理论模型
1.1系统动力学方程
漂浮基刚性空间机器人系统如图1所示。图中B0为系统载体，B1，B2为机械臂的分体。C为系统总质心，OC0，OC1和OC2为各分体质心，O1和O2为两个关节转动铰中心。对于载体位置无控、姿态受控的漂浮基空间机器人系统，选择本体姿态角q0及两个关节铰的相对转角q1和q2为广义坐标，即〖WTHX〗q=〖WTBX〗［q0〓q1〓q2］T。由第二类拉格朗日方程，建立该系统动力学方程：
〖WTHX〗
D(q)〖AKq¨〗+H(q,〖AKq·〗)〖AKq·〗=τ
〖JY〗(1)式中：〖WTHX〗D(q)∈〖WTBX〗R3×3,为空间机器人的惯量矩阵；〖WTHX〗H(q,〖AKq·〗)〖AKq·〗∈〖WTBX〗R3×1,为包含科氏力、离心力的列向量；〖WTHX〗τ=〖WTBX〗［τ0〓τ1〓τ1］〖WTBZ〗T∈〖WTBX〗R3×1,为输出力矩τ0,τ1和τ2〖WTBZ〗组成的列向量矩阵。.....

基金项目：国家自然科学基金资助项目（11372073）
作者简介：童超（1989—），男，江西玉山人，福州大学硕士研究生，主要研究方向为空间机器人系统动力学与控制。


（文章来源《机械设计与制造工程》杂志如需详细资料请联系江苏机械门户网客服QQ:2980918915,电话025-83726289）

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