【摘 要】
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空间机械臂关节位置控制作为在轨服务的支撑性技术,得到越来越广泛的应用。随着空间操作任务的复杂性和智能性的不断增加,提高空间机械臂关节的位置控制精度是完成在轨组装、
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空间机械臂关节位置控制作为在轨服务的支撑性技术,得到越来越广泛的应用。随着空间操作任务的复杂性和智能性的不断增加,提高空间机械臂关节的位置控制精度是完成在轨组装、辅助对接及其精细操作等空间任务的关键技术。本文的研究内容来源于国家重点基础研究发展计划973项目(2013CB733000),主要进行空间机械臂非线性传动关节的位置控制策略研究。在充分研究空间机械臂关节非线性影响因素的基础上,完成了综合考虑摩擦和迟滞效应的空间机械臂关节动力学建模,并分别基于遗传算法和RBF神经网络算法对关节模型中的摩擦和迟滞项进行了参数辨识,最后利用滑模控制方法设计了一种同时补偿摩擦和迟滞效应的位置控制策略,有效提高了关节的定位精度。研究内容如下：首先,提出了一种空间机械臂关节的二阶级联建模方法,分别考虑两阶轴的惯量,并引入LuGre摩擦模型和Preisach迟滞模型两个非线性环节,建立了空间机械臂关节的动力学模型。其次,基于Ⅰ.uGre摩擦模型对机械臂关节的摩擦进行了辨识与补偿。将LuGre摩擦模型的参数分为静力参数与动力参数,分别运用遗传算法对两类摩擦模型的参数进行辨识,并设计了滑模补偿控制器,进行摩擦的补偿控制。此外,基于Preisach迟滞模型对关节迟滞进行辨识与补偿。Preisach模型是一种多值映射,通过求解其逆模型,将多值映射转化为一一映射,再借助神经网络的强逼近能力,对Preisach迟滞模型参数进行辨识,基于模型辨识结果,设计滑模控制器,对系统迟滞进行补偿控制。最后,设计综合考虑摩擦和迟滞的全局滑模控制器。在研究了摩擦和迟滞对关节的非线性影响的基础上设计了全局滑模控制器,并将其应用于关节控制中,通过前馈补偿消除摩擦和迟滞的影响,从而提高系统的控制精度。
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