[发明专利]基于非奇异终端滑模技术的空间机器人目标抓捕控制方法

权利要求书

1.一种基于非奇异终端滑模技术的空间机器人目标抓捕控制方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：建立二连杆空间机器人动力学模型为：

其中为正定对称惯性矩阵，由H_b∈R^2×2，H_bm∈R^2×3和H_m∈R^3×3三个方块阵组成；是与哥式力和向心力相关的项，由C_b∈R^2×1和C_m∈R^3×1组成；τ_b∈R^2×1是基座位置控制输入力矩，τ∈R^3×1是控制力矩；J∈R^3×5为空间机器人雅可比矩阵，F_P∈R^3×1为机械臂末端受到的外力；q_b＝[x_b,y_b]^T为基座位置向量，θ＝[θ₀,θ₁,θ₂]^T为角度向量，其中θ₀表示基座中心系相对于惯性系的姿态角，[θ₁,θ₂]表示机械臂连杆关节角；

步骤2：根据牛顿-欧拉方程建立目标动力学模型为：

其中，D_m∈R^3×3为目标运动的惯量矩阵，q_m＝[x_m,y_m,θ_m]^T为空间目标的广义坐标矢量，J_m∈R^3×3为目标运动雅可比矩阵，F_p′∈R^3×1为目标与机械臂末端接触力，且有F_p′＝-F_p；

步骤3：定义建立空间机器人抓捕后组合体动力学模型为：

其中，为正定对称惯性矩阵，由H_zb∈R^2×2，H_zbm∈R^2×3和H_zm∈R^3×3三个方块阵组成；是与哥式力和向心力相关的项，由C_zb∈R^2×1和C_zm∈R^3×1组成；

针对组合体动力学模型(3)，约去抓捕控制中不需要控制的位置状态，并考虑外部扰动影响，可得姿态子系统动力学模型为：

其中，d∈R^3×1为外部扰动项；

进一步，姿态子系统(4)可改写为

其中，f＝-H′^-1C′，g＝H′^-1，D＝H′^-1d；另设T＝f+D；

步骤4：定义姿态跟踪误差为e＝θ-θ_d，其中θ_d为期望的基座姿态角和机械臂关节角组成的向量；

定义非奇异终端滑模面为：

其中，ab0，β0；

设计控制力矩为τ＝τ₀+τ₁+τ₂，子控制器分别为：

其中，σ0，K₁∈R^3×3和K₂∈R^3×3是正定非奇异对角阵，为T的估计；

设计的更新律为：

其中，μ0，δ0；

步骤5：根据步骤4中(7)-(9)得到的控制力矩τ，返回到空间机器人抓捕后组合体姿态子系统动力学模型(4)，对空间机器人基座姿态角和机械臂关节角进行控制。