漂浮基空间机器人执行机构部分失效故障的分散容错控制

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1、第２２卷第１期载人航天Ｖｏｌ．２２Ｎｏ．１２０１６年２月ＭａｎｎｅｄＳｐａｃｅｆｌｉｇｈｔＦｅｂ．２０１６漂浮基空间机器人执行机构部分失效故障的分散容错控制１，２１，２赵紫汪，陈力（１．福州大学机械工程及自动化学院，福州３５０１１６；２．福建省高端装备制造协同创新中心，福州３５０１１６）摘要：针对载体位置不受控，姿态受控的漂浮基空间机器人执行机构部分失效故障问题，提出了一种基于有效因子融合的分散滑模神经网络容错控制方案。利用拉格朗日第二类方程建立系统的动力学模型，然后利用分散的思想，将系统分散为若干个子系统，将有效因子融合到子系统

2、的动力学模型中。利用终端滑模进行控制器设计，并利用径向基函数神经网络对系统参数不确定项和未知项进行估计，自适应地补偿了神经网络的估计误差。最后，数值仿真结果表明了提出的分散容错控制器的有效性。关键词：漂浮基空间机器人；分散容错控制；有效因子；部分失效故障；径向基函数神经网络中图分类号：ＴＰ２４１文献标识码：Ａ文章编号：１６７４-５８２５（２０１６）０１-００３９-０６DecentralizedFault-toleranceControlforPartialLossofActuatorEffectivenessinFree-floa

3、tingSpaceRobots１，２１，２ＺＨＡＯＺｉｗａｎｇ，ＣＨＥＮＬｉ（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＡｕｔｏｍａｔｉｏｎ，ＦｕｚｈｏｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｆｕｚｈｏｕ３５０１１６，Ｃｈｉｎａ；２．ＣｏｌｌａｂｏｒａｔｉｖｅＩｎｎｏｖａｔｉｏｎＣｅｎｔｅｒｏｆＨｉｇｈＥｎｄＥｑｕｉｐｍｅｎｔＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇｉｎＦｕｊｉａｎ，Ｆｕｚｈｏｕ３５０１１６，Ｃｈｉｎａ）Abstract：Ｂａｓｅｄｏｎｄｅｃｅｎｔｒａｌｉｚｅｄｓｌｉｄｉｎｇｍｏｄｅｎｅｕｒａｌｎｅｔｗｏｒｋｃｏｎｔｒ

4、ｏｌ，ａｍｅｔｈｏｄｏｆｄｅｃｅｎｔｒａｌｉｚｅｄｆａｕｌｔ-ｔｏｌｅｒａｎｃｅｃｏｎｔｒｏｌｆｏｒｓｐａｃｅｒｏｂｏｔｓｗｉｔｈｐａｒｔｉａｌｌｏｓｓｏｆａｃｔｕａｔｏｒｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓｗａｓｐｒｏｐｏｓｅｄ．ＢａｓｅｄｏｎＬａｇｒａｎｇｅｓｅｃｏｎｄｄｙｎａｍｉｃｓｅｑｕａｔｉｏｎ，ｔｈｅｄｙｎａｍｉｃｍｏｄｅｌｏｆｓｐａｃｅｒｏｂｏｔｓｗａｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ．Ｆｕｒｔｈｅｒ-ｍｏｒｅ，ｔｈｅｓｙｓｔｅｍｗａｓｄｅｃｅｎｔｒａｌｉｚｅｄｉｎｔｏｓｏｍｅｓｕｂｓｙｓｔｅｍｓａｎｄｔｈｅｎａｎｅｆｆｅｃｔｉｖｅｆａ

5、ｃｔｏｒｗａｓｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｉｎｔｏｔｈｅｄｙｎａｍｉｃｍｏｄｅｌｏｆｅａｃｈｓｕｂｓｙｓｔｅｍ．Ｔｅｒｍｉｎａｌｓｌｉｄｉｎｇｍｏｄｅｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓｗａｓｕｓｅｄｔｏｄｅｓｉｇｎｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ，ａｎｄｗｉｔｈｔｈｅｈｅｌｐｏｆｒａｄｉａｌｂａｓｉｓｆｕｎｃｔｉｏｎ（ＲＢＦ）ｎｅｕｒａｌｎｅｔｗｏｒｋｓ，ｕｎｃｅｒｔａｉｎｔｙｔｅｒｍｓａｎｄｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｔｅｒｍｓｗｅｒｅｅｓｔｉｍａｔｅｄｗｉｔｈａｄａｐｔｉｖｅｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎｏｆｅｓｔｉｍａｔｉｏｎｅｒｒｏｒ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｓ

6、ｉｍｕ-ｌａｔｉｏｎｓｖｅｒｉｆｉｅｄｔｈｅｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓｏｆｔｈｉｓｄｅｃｅｎｔｒａｌｉｚｅｄｆａｕｌｔｔｏｌｅｒａｎｔｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ．Keywords：ｆｒｅｅ-ｆｌｏａｔｉｎｇｓｐａｃｅｒｏｂｏｔ；ｄｅｃｅｎｔｒａｌｉｚｅｄｆａｕｌｔ-ｔｏｌｅｒａｎｔｃｅｃｏｎｔｒｏｌ；ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｆａｃｔｏｒ；ｐａｒｔｉａｌｌｏｓｓｏｆａｃｔｕａｔｏｒｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓ；ＲＢＦｎｅｕｒａｌｎｅｔｗｏｒｋ长期工作在极其恶劣的环境下，不可避免地会出１引言现故障，此时系统的稳定性将会受到影响，如果故随着人类对宇宙

7、的不断探索，以及卫星的发障不能及时处理，可能导致严重的后果。此外，空射和空间站等的建立，空间机器人将越来越多应间机器人的动力学方程的非线性、系统与载体之用到高精度、高稳定性要求的太空任务中，这对其间强耦合的动力学关系，系统结构复杂和存在的可靠性和安全性提出了更高的要求，而系统的可一些不确定因素，系统惯性参数很难精确获得，存靠性和稳定性很大程度上取决于系统执行机构、在参数不确定或未知的情况，这些导致空间机器传感器和其他部件的运行情况。由于空间机器人人的控制非常困难。因此，参数不确定或未知情收稿日期：２０１５-０７-２３；修回日期：２

8、０１５-１２-２５基金项目：国家自然科学基金资助项目（１１３７２０７３，１１０７２０６１）作者简介：赵紫汪（１９８９－），男，硕士研究生，研究方向为空间机器人动力学与控制。Ｅｍａｉｌ：ｚｚｗｂａｙｍａｘ＠１２６．ｃｏｍ４０载人航天第２２卷况下的空间