本文關(guān)鍵詞：基于機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)的航天器質(zhì)量特性辨識(shí)與控制研究

  更多相關(guān)文章： 質(zhì)量特性辨識(shí) 機(jī)械臂 差分進(jìn)化算法 滑模自適應(yīng) 在線辨識(shí)

【摘要】：隨著空間自主在軌服務(wù)技術(shù)的發(fā)展,在軌服務(wù)航天器已經(jīng)成為航天器種類中一個(gè)重要分支。在軌服務(wù)航天器由于其任務(wù)的特殊性,使得其質(zhì)量特性也不再維持在某一穩(wěn)定的范圍,從而影響到在軌服務(wù)航天器的姿態(tài)及軌道控制,影響原有任務(wù)的完成精度和質(zhì)量。本文以某一在軌服務(wù)航天器為背景,以機(jī)械臂為激勵(lì),建立了航天器本體的質(zhì)量特性參數(shù)辨識(shí)模型,實(shí)現(xiàn)了質(zhì)量特性參數(shù)的在線辨識(shí),并以此為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)滑�？刂破�,實(shí)現(xiàn)了航天器姿態(tài)控制。首先針對(duì)背景建立了相關(guān)坐標(biāo)系,主要包括軌道坐標(biāo)系和航天器本體參考坐標(biāo)系。基于機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng),以航天器系統(tǒng)的動(dòng)量守恒為基本原理,建立了航天器本體的質(zhì)量特性參數(shù)辨識(shí)模型。為了求解的需要,參考機(jī)械臂的相關(guān)知識(shí),給出了機(jī)械臂的質(zhì)量特性參數(shù)求解方法。為了證明辨識(shí)模型的可行性,給出了辨識(shí)模型的可辨識(shí)性和可辨識(shí)度分析。通過在ADAMS軟件中建立系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)模型,結(jié)合數(shù)值仿真驗(yàn)證了模型的可辨識(shí)性和可辨識(shí)度,以及給出通過最小二乘算法求解的質(zhì)量特性參數(shù)辨識(shí)結(jié)果。針對(duì)辨識(shí)結(jié)果精度不夠高的情況,通過差分進(jìn)化算法的介紹,結(jié)合前面給出的辨識(shí)模型,設(shè)計(jì)了采用差分進(jìn)化算法時(shí)質(zhì)量特性辨識(shí)的評(píng)價(jià)函數(shù)。并結(jié)合數(shù)值仿真實(shí)驗(yàn)分析了算法的主要控制參數(shù)對(duì)算法效率的影響,選擇了一組符合本文場(chǎng)景的控制參數(shù)。之后,基于差分進(jìn)化算法辨識(shí)了質(zhì)量特性參數(shù),通過與粒子群算法的對(duì)比,仿真驗(yàn)證了差分進(jìn)化算法在收斂速率及精度上都要優(yōu)于粒子群算法。考慮到航天器辨識(shí)的主要目的是為了航天器的位姿控制,設(shè)計(jì)了基于遞推最小二乘算法的航天器質(zhì)量特性參數(shù)在線辨識(shí)的模型,并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了滑�？刂破髟O(shè)計(jì)。通過數(shù)值仿真實(shí)驗(yàn)的形式,得到了在線辨識(shí)結(jié)果以及較高精度的姿態(tài)控制結(jié)果。
【關(guān)鍵詞】：質(zhì)量特性辨識(shí) 機(jī)械臂 差分進(jìn)化算法 滑模自適應(yīng) 在線辨識(shí)
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：V47
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 緒論8-16
• 1.1 課題背景及研究目的和意義8-9
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及分析9-14
• 1.2.1 辨識(shí)方法研究現(xiàn)狀9-11
• 1.2.2 航天器系統(tǒng)辨識(shí)與控制研究現(xiàn)狀11-14
• 1.3 主要研究內(nèi)容14-16
• 第2章 基于最小二乘算法的航天器質(zhì)量特性辨識(shí)16-38
• 2.1 引言16
• 2.2 坐標(biāo)系定義及動(dòng)力學(xué)建模16-19
• 2.2.1 坐標(biāo)系定義16-17
• 2.2.2 動(dòng)力學(xué)建模17-19
• 2.3 航天器質(zhì)量特性參數(shù)辨識(shí)19-26
• 2.3.1 質(zhì)量與質(zhì)心位置矢量辨識(shí)20-22
• 2.3.2 航天器慣性張量辨識(shí)22-25
• 2.3.3 機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算25-26
• 2.4 質(zhì)量特性參數(shù)辨識(shí)的可辨識(shí)分析26-30
• 2.4.1 可辨識(shí)性分析26-29
• 2.4.2 可辨識(shí)度分析29-30
• 2.5 數(shù)值仿真結(jié)果及分析30-37
• 2.5.1 仿真參數(shù)設(shè)置30-34
• 2.5.2 仿真結(jié)果分析34-37
• 2.6 本章小結(jié)37-38
• 第3章 基于差分進(jìn)化算法的質(zhì)量特性辨識(shí)38-50
• 3.1 引言38
• 3.2 差分進(jìn)化算法38-42
• 3.2.1 差分進(jìn)化算法原理38-41
• 3.2.2 算法的主要參數(shù)41-42
• 3.3 航天器質(zhì)量特性辨識(shí)評(píng)價(jià)函數(shù)42-43
• 3.4 仿真分析43-49
• 3.4.1 算法參數(shù)選取43-46
• 3.4.2 仿真結(jié)果分析46-49
• 3.5 本章小結(jié)49-50
• 第4章 基于在線辨識(shí)的姿態(tài)控制器設(shè)計(jì)50-61
• 4.1 引言50
• 4.2 航天器系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)模型50-51
• 4.3 滑模自適應(yīng)控制器設(shè)計(jì)51-55
• 4.3.1 滑�？刂评碚�51-52
• 4.3.2 控制器設(shè)計(jì)52-55
• 4.4 航天器質(zhì)量特性在線辨識(shí)55-60
• 4.4.1 遞推最小二乘算法55-57
• 4.4.2 仿真結(jié)果分析57-60
• 4.5 本章小結(jié)60-61
• 結(jié)論61-63
• 參考文獻(xiàn)63-69
• 致謝69

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本文編號(hào)：651117