漂浮基柔性两杆空间机械臂的全局鲁棒Terminal滑模控制.pdf

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1、第２２卷第４期载人航天Ｖｏｌ．２２Ｎｏ．４２０１６年８月ＭａｎｎｅｄＳｐａｃｅｆｌｉｇｈｔＡｕｇ．２０１６·基础研究·漂浮基柔性两杆空间机械臂的全局鲁棒Ｔｅｒｍｉｎａｌ滑模控制１，２１于潇雁，陈力（１．福州大学机械工程及自动化学院，福州３５０１１６；２．福建省高端装备协同创新中心，福州３５０１１６）摘要：讨论了载体位置、姿态均不受控并具有有界外部扰动的飘浮基柔性两杆空间机械臂振动不主动抑制的全局鲁棒Ｔｅｒｍｉｎａｌ滑模控制。首先选择合理的联体坐标系，利用拉格朗日方程并结合动量守恒原理得到系统的动力学方程。根据Ｔｅｒｍｉｎａｌ滑模控制技术，给出了系统的Ｔｅ

2、ｒｍｉｎａｌ滑模面，进而提出了系统的Ｔｅｒｍｉｎａｌ滑模运动控制算法。然后分析了该Ｔｅｒｍｉｎａｌ滑模控制器控制下系统中的两柔性杆的振动，并对两柔性杆的振动进行了数值仿真。该Ｔｅｒｍｉ⁃ｎａｌ滑模控制律消除了惯常滑模控制的到达阶段，从而具有全局鲁棒性与稳定性；同时还保证了输出误差在任意指定有限时间内收敛到零。系统的数值仿真表明该Ｔｅｒｍｉｎａｌ滑模控制器能够使机械臂关节轨迹快速而稳定地追踪上期望运动轨迹，而系统中两柔性杆件始终存在比较大的柔性振动。该控制方案的显著优点为不需要测量、反馈载体的位置、移动速度、移动加速度，减少了系统的设计、制造、发射、维护费

3、用，提高了系统的可靠性。关键词：飘浮基柔性两杆空间机械臂；Ｔｅｒｍｉｎａｌ滑模控制；全局鲁棒；振动分析；外部扰动中图分类号：ＴＰ２４１文献标识码：Ａ文章编号：１６７４⁃５８２５（２０１６）０４⁃０５１２⁃０８ＧｌｏｂａｌｌｙＲｏｂｕｓｔＴｅｒｍｉｎａｌＳｌｉｄｉｎｇＭｏｄｅＣｏｎｔｒｏｌｆｏｒａＦｒｅｅ⁃ｆｌｏａｔｉｎｇＴｗｏ⁃ｆｌｅｘｉｂｌｅ⁃ｌｉｎｋＳｐａｃｅＭａｎｉｐｕｌａｔｏｒ１，２１ＹＵＸｉａｏｙａｎ，ＣＨＥＮＬｉ（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＡｕｔｏｍａｔｉｏｎ，ＦｕｚｈｏｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｆｕｚ

4、ｈｏｕ３５０１１６，Ｃｈｉｎａ；２．ＦｕｊｉａｎＰｒｏｖｉｎｃｉａｌＣｏｌｌａｂｏｒａｔｉｖｅＩｎｎｏｖａｔｉｏｎＣｅｎｔｅｒｆｏｒＨｉｇｈ⁃ｅｎｄＥｑｕｉｐｍｅｎｔＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ，ＦｕｚｈｏｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｆｕｚｈｏｕ３５０１１６，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｇｌｏｂａｌｌｙｒｏｂｕｓｔｔｅｒｍｉｎａｌｓｌｉｄｉｎｇｍｏｄｅｃｏｎｔｒｏｌａｌｇｏｒｉｔｈｍｗａｓｐｒｏｐｏｓｅｄｆｏｒａｆｒｅｅ⁃ｆｌｏａｔｉｎｇｔｗｏ⁃ｆｌｅｘｉｂｌｅ⁃ｌｉｎｋｓｐａｃｅｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒｗｉｔｈｂｏｕｎｄｅｄｅｘｔｅｒｎａｌｄｉｓｔｕｒｂａ

5、ｎｃｅｓ．Ｆｉｒｓｔａｐｐｒｏｐｒｉａｔｅｌｏｃａｌｒｉｇｈｔｈａｎｄｅｄｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｆｒａｍｅｗａｓｍａｄｅ，ａｎｄｔｈｅｄｙｎａｍｉｃａｌＬａｇｒａｎｇｅｅｑｕａｔｉｏｎｗａｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｂｙｔｈｅｍｏｍｅｎｔｕｍｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎ．Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｔｅｒｍｉｎａｌｓｌｉｄｉｎｇｍｏｄｅｃｏｎｔｒｏｌｔｅｃｈｎｉｑｕｅ，ｔｈｅｔｅｒｍｉｎａｌｓｌｉｄｉｎｇｓｕｒｆａｃｅｗａｓｐｒｏｐｏｓｅｄ，ｔｈｅｎｔｈｅｔｅｒｍｉｎａｌｓｌｉｄｉｎｇｃｏｎｔｒｏｌｓｃｈｅｍｅｗａｓｄｅｖｅｌｏｐｅｄ．Ｔｈｅｎｔｈｅｖｉｂｒａｔｉｏｎｏｆ

6、ｔｈｅｔｗｏｆｌｅｘｉｂｌｅｌｉｎｋｓｗａｓａｎａｌｙｚｅｄａｎｄｓｉｍｕｌａｔｅｄｎｕｍｅｒｉｃａｌｌｙ．Ｔｈｅｐｒｏｐｏｓｅｄｃｏｎｔｒｏｌｓｃｈｅｍｅｅｌｉｍｉｎａ⁃ｔｅｄｔｈｅｒｅａｃｈｉｎｇｐｈａｓｅａｎｄｇｕａｒａｎｔｅｅｄｔｈｅｇｌｏｂａｌｒｏｂｕｓｔｎｅｓｓａｎｄｓｔａｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｃｌｏｓｅｄ⁃ｌｏｏｐｓｙｓｔｅｍ．Ｉｎａｄｄｉｔｉｏｎ，ｉｔｗａｓｅｎｓｕｒｅｄｔｈａｔｔｈｅｔｒａｃｋｉｎｇｅｒｒｏｒｓｏｆｔｈｅｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒｊｏｉｎｔｓｃｏｎｖｅｒｇｅｄｔｏｚｅｒｏｉｎａｒ⁃ｂｉｔｒａｒｉｌｙｆｉｎｉｔｅｔｉｍｅ．Ｎｕ

7、ｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｗｅｒｅｃａｒｒｉｅｄｏｕｔ，ｗｈｉｃｈｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｊｏｉｎｔｓｔｒａｃｋｅｄｔｈｅｄｅｓｉｒｅｄｔｒａｊｅｃｔｏｒｉｅｓｒａｐｉｄｌｙａｎｄｌｉｎｋｆｌｅｘｉｂｌｅｖｉｂｒａｔｉｏｎｓｗｅｒｅｓｔｉｌｌｌａｒｇｅ．Ｔｈｅｖｉｒｔｕｅｏｆｔｈｉｓｃｏｎｔｒｏｌｓｃｈｅｍｅｉｓｔｈａｔｔｈｅｂａｓｅｌｉｎｅａｒｐｏｓｉｔｉｏｎ，ａｎｄｔｈｅｂａｓｅｌｉｎｅａｒｖｅｌｏｃｉｔｙ，ｔｈｅｂａｓｅｌｉｎｅａｒａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎｎｅｅｄｎｏｔｔｏｂｅｍｅａｓｕｒｅｄ．Ｔｈｅｎｔｈｅｃｏｓｔｏｆｄｅｓｉｇｎ，ｍ

8、ａｎｕｆａｃｔｕｒｅ，ｅｍｉｓｓｉｏｎ，ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅｉｓｒｅｄｕｃｅｄ