[发明专利]一种空间机器人协调运动的自适应模糊控制方法

说明书

本发明涉及一种空间机器人协调运动的自适应模糊控制方法。对于空间机器人，给出关节空间系统动力学方程；利用协调运动下的系统运动Jacobi矩阵，将关节空间动力学方程转化为操作空间动力学方程；假设系统处于理想工况，初步设计空间机器人载体姿态与末端抓手协调运动的惯常非线性反馈控制方案；提出新型自适应模糊控制方案来替代非线性反馈控制方案，以进一步实现系统在未知惯性参数及外部扰动综合影响下的协调运动轨迹跟踪控制问题。本发明方法能够解决系统模型参数不确定、外部扰动影响下空间机器人载体姿态及末端抓手协调运动的控制问题。

技术领域

本发明涉及机器人智能控制及其数值仿真领域，具体涉及一种空间机器人协调运动的自适应模糊控制方法。

背景技术

空间机器人作为太空开发、建设的重要工具之一，其相关控制系统研究备受关注。一方面，空间机器人的载体姿态控制系统必须具备精确调姿的能力，以保证地空通讯顺畅；另一方面，空间机器人的关节控制系统也常被要求必须具备对机械臂末端运动的精确控制能力，以确保预期空间作业任务的顺利实施。显然，若要同时实现载体姿态及机械臂末端抓手的精确运动控制，空间机器人的载体姿态及关节控制系统必须进行合理、有效地协调设计。与地面固定机器人相比，载体与机械臂之间的强烈动力学耦合作用使得空间机器人协调运动控制系统的设计难度变得更大，而空间机器人所面临的系统参数波动、外部扰动影响则又加剧了这一情况的发生。传统的非线性反馈控制策略因其控制输入力矩设计需要精确的系统动力学模型信息，故难以适用于不确定性空间机器人系统的控制；惯常的许多自适应、鲁棒等控制算法虽可用于解决特定工况下不确定性空间机器人的控制问题，但这些控制算法常需借助被控对象的各种动力学模型特性(如参数线性化性质、惯性矩阵的对称正定性等)方可实现其预期设计，且实际应用范围仍具有一定的局限性。相比之下，模糊控制算法具有不依赖于被控对象数学模型的显著特点，将其应用于各种非线性、强耦合的时变动力学系统控制，或许是一种不错的选择。不过值得一提的是，传统的模糊控制方法主要是参阅人类专家的控制经验来制定模糊控制规则，其自学习或自组织能力相对较差，所得系统控制性能将待进一步改善。为了解决这一问题，本发明提出了一种漂浮基空间机器人载体姿态及末端抓手协调运动的新型自适应模糊控制方法，该控制方法所提及的模糊系统具有很强的自适应自学习能力，可有效消除参数不确定及外部扰动对空间机器人运动所产生的负面影响，在很大程度上提高了空间机器人的整体控制性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种空间机器人协调运动的自适应模糊控制方法，以解决系统模型参数不确定、外部扰动影响下空间机器人载体姿态及末端抓手协调运动的控制问题。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种空间机器人协调运动的自适应模糊控制方法，包括如下步骤：

步骤S1、对于空间机器人，给出关节空间系统动力学方程；

步骤S2、利用协调运动下的系统运动Jacobi矩阵，将关节空间动力学方程转化为操作空间动力学方程；

步骤S3、假设系统处于理想工况，初步设计空间机器人载体姿态与末端抓手协调运动的惯常非线性反馈控制方案；

步骤S4、提出新型自适应模糊控制方案来替代非线性反馈控制方案，以进一步实现系统在未知惯性参数及外部扰动综合影响下的协调运动轨迹跟踪控制问题。

在本发明一实施例中，所述步骤S1中，关节空间系统动力学方程为：