【摘要】：隨著航天技術(shù)的不斷發(fā)展,航天器的結(jié)構(gòu)越發(fā)復(fù)雜。自由漂浮空間機(jī)器人和帶有太陽帆板的航天器系統(tǒng)在太空任務(wù)中均取得廣泛應(yīng)用。在這樣的大背景下,有必要對(duì)剛?cè)嵝钥臻g多體系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)與控制問題進(jìn)行深入研究�？臻g機(jī)器人可以取代宇航員進(jìn)行部分艙外作業(yè),在未來的太空任務(wù)中將扮演越來越重要的角色。對(duì)于自由漂浮空間機(jī)器人,由于機(jī)械臂與基座之間的強(qiáng)動(dòng)力學(xué)耦合作用,可以通過機(jī)械臂的關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)基座的姿態(tài)改變,從而使機(jī)械臂和基座同時(shí)到達(dá)期望姿態(tài)。此外,考慮到空間機(jī)械臂具有輕質(zhì)的特點(diǎn),為了獲得空間機(jī)器人的高控制精度和良好的控制性能,有必要考慮機(jī)械臂柔性對(duì)系統(tǒng)姿態(tài)造成的影響。本文針對(duì)空間多體系統(tǒng)的姿態(tài)動(dòng)力學(xué)與控制問題,基于偽譜法對(duì)平面柔性空間機(jī)器人、三維剛性空間機(jī)器人和柔性航天器太陽帆板等剛?cè)嵝钥臻g多體系統(tǒng)的姿態(tài)運(yùn)動(dòng)規(guī)劃與軌跡跟蹤控制問題進(jìn)行了研究。主要內(nèi)容如下:一,基于拉格朗日方法建立平面柔性空間機(jī)器人、三維剛性空間機(jī)器人和柔性航天器太陽帆板等剛?cè)嵝钥臻g多體系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)模型。其中,柔性分體的彈性變形利用假設(shè)模態(tài)法近似描述。二,介紹了偽譜法的相關(guān)知識(shí)。給出了利用偽譜法求解姿態(tài)運(yùn)動(dòng)規(guī)劃問題和利用間接偽譜法求解軌跡跟蹤控制問題的基本原理和計(jì)算流程。三,針對(duì)自由漂浮空間機(jī)器人姿態(tài)運(yùn)動(dòng)規(guī)劃和柔性航天器太陽帆板展開過程的最優(yōu)控制問題,利用偽譜法將這類剛?cè)嵝钥臻g多體系統(tǒng)的姿態(tài)運(yùn)動(dòng)規(guī)劃問題轉(zhuǎn)化為非線性規(guī)劃問題,再利用序列二次規(guī)劃算法求解該非線性規(guī)劃問題,得到這類空間多體系統(tǒng)的優(yōu)化運(yùn)動(dòng)軌跡和最優(yōu)控制輸入。四,在存在較小狀態(tài)初值擾動(dòng)情況下,利用間接偽譜法對(duì)偽譜法求解得到的這類剛?cè)嵝钥臻g多體系統(tǒng)最優(yōu)參考軌跡進(jìn)行軌跡跟蹤控制。將狀態(tài)方程在已知的參考軌跡上線性化處理,利用龐特里亞金極值原理將軌跡跟蹤問題轉(zhuǎn)化為兩點(diǎn)邊值問題,再利用偽譜法離散該兩點(diǎn)邊值問題,整理得到系統(tǒng)的閉環(huán)最優(yōu)反饋控制律,該過程無需任何積分計(jì)算,具有很好的實(shí)時(shí)性和在線計(jì)算能力。論文基于偽譜法研究了自由漂浮空間機(jī)器人、柔性航天器太陽帆板等剛?cè)嵝钥臻g多體系統(tǒng)的姿態(tài)運(yùn)動(dòng)規(guī)劃與軌跡跟蹤控制問題,提出的姿態(tài)運(yùn)動(dòng)規(guī)劃和軌跡跟蹤控制算法對(duì)空間機(jī)器人的應(yīng)用具有一定的理論價(jià)值和工程意義。
【學(xué)位授予單位】：北京信息科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：V448.2
【圖文】：

圖 1.2 國(guó)際空間站移動(dòng)服務(wù)系統(tǒng) 圖 1.3 科學(xué)工程試驗(yàn)衛(wèi)星 VII 號(hào)空間機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)與控制研究是空間機(jī)器人能夠完成各種復(fù)雜太空任務(wù)的基。對(duì)于空間機(jī)器人系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)與控制方面的研究，Vafa 和 Dubowsky[6]采用虛擬機(jī)臂法建立了開鏈、閉鏈、單臂和多臂空間機(jī)器人系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)模型，并提出利用關(guān)的循環(huán)運(yùn)動(dòng)來調(diào)整空間機(jī)器人系統(tǒng)基座姿態(tài)的思想。Papadopoulos 等[7]證明了在慣

圖 1.2 國(guó)際空間站移動(dòng)服務(wù)系統(tǒng) 圖 1.3 科學(xué)工程試驗(yàn)衛(wèi)星 VII 號(hào)空間機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)與控制研究是空間機(jī)器人能夠完成各種復(fù)雜太空任務(wù)的基。對(duì)于空間機(jī)器人系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)與控制方面的研究，Vafa 和 Dubowsky[6]采用虛擬機(jī)臂法建立了開鏈、閉鏈、單臂和多臂空間機(jī)器人系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)模型，并提出利用關(guān)的循環(huán)運(yùn)動(dòng)來調(diào)整空間機(jī)器人系統(tǒng)基座姿態(tài)的思想。Papadopoulos 等[7]證明了在慣

圖 2.1 平面柔性空間機(jī)器人系統(tǒng)何關(guān)系，分體 Bi的質(zhì)心 Ci和內(nèi)接鉸 Oi在慣性坐標(biāo)系下的 11 0, 0, 1 11iCi C j j j jj r r A a A b 21 0, 0, 1 1 0, 1 1iOi C j j j j i i r r A a A b A a

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前6條

1 雍恩米;唐國(guó)金;陳磊;;基于Gauss偽譜方法的高超聲速飛行器再入軌跡快速優(yōu)化[J];宇航學(xué)報(bào);2008年06期

2 王從慶;張承龍;;自由浮動(dòng)柔性雙臂空間機(jī)器人系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)控制[J];機(jī)械工程學(xué)報(bào);2007年10期

3 孫凱;戈新生;;航天器太陽帆板伸展過程最優(yōu)控制的粒子群優(yōu)化算法[J];工程力學(xué);2007年09期

4 戈新生;孫鵬偉;;自由漂浮空間機(jī)械臂非完整運(yùn)動(dòng)規(guī)劃的粒子群優(yōu)化算法[J];機(jī)械工程學(xué)報(bào);2007年04期

5 王從慶,石宗坤,袁華;自由浮動(dòng)空間雙臂機(jī)器人的魯棒協(xié)調(diào)控制[J];宇航學(xué)報(bào);2005年04期

6 戈新生,陳立群,呂杰;空間機(jī)械臂非完整運(yùn)動(dòng)規(guī)劃的遺傳算法研究[J];宇航學(xué)報(bào);2005年03期

本文編號(hào)：2794469