漂浮基空间机械臂轨迹跟踪的神经网络控制方法研究

发布时间：2020-04-16 08:05

【摘要】：随着空间技术的不断发展,空间探索活动也在持续深入。然而空间环境具有微重力、高真空、强辐射等特点,这些恶劣的环境特点增加了空间活动的风险,于是空间机械臂技术应运而生,并在空间领域发挥着日益重要的作用。本文以平面单臂漂浮基空间机械臂系统为研究对象,研究了空间机械臂运动环境跨尺度的关节轨迹跟踪控制问题,具体内容如下:首先,根据动量守恒定理,推导了无外加干扰情况下空间机械臂系统的运动学模型,在此基础上,结合拉格朗日方程建立了系统的动力学模型。进而推导了平面2连杆空间机械臂系统的动力学模型,通过仿真验证了系统的运动特性。其次,分析了空间机械臂系统在实际空间应用时可能存在的不确定因素,设计了解决系统不确定性问题的神经网络控制方法。利用径向基神经网络在线逼近模型中的不确定函数,先后选取模型整体和模型不确定部分作为神经网络的逼近函数,采用鲁棒项克服逼近误差的影响。在保证渐近稳定的前提下,设计自适应律实时调整神经网络的权值,抑制了不确定因素对系统的影响,达到对关节期望轨迹的跟踪效果。对比仿真结果可见,仅对模型中的不确定部分进行逼近而设计的控制器,关节角度及关节角速度的跟踪误差更小,对期望关节轨迹的跟踪精度更高。最后,考虑到空间机械臂在空间应用与地面模拟之间存在运动环境跨尺度变化的情况,推导了地面尺度重力影响下的平面2连杆空间机械臂系统动力学模型。利用PD控制简单分析了地面环境中重力对跟踪精度的影响。在适用于空间尺度的基于模型不确定部分逼近的神经网络控制器中加入重力项补偿,引入误差反馈律进一步增强系统的抗扰能力,仿真结果表明基于重力项补偿的神经网络控制方法满足空间机械臂运动环境跨尺度变化的控制要求。
【图文】：

.3空间机械臂国内外研究现状空间机械臂可以扩展人类完成空间任务的范围和能力，既提高了工作的完成质节约了空间活动的项目成本，同时还保障了宇航员工作的安全性[6]。如图 1.1 和图示为正在进行空间作业的空间机械臂。

.3空间机械臂国内外研究现状空间机械臂可以扩展人类完成空间任务的范围和能力，，既提高了工作的完成质节约了空间活动的项目成本，同时还保障了宇航员工作的安全性[6]。如图 1.1 和图示为正在进行空间作业的空间机械臂。
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP241;TP183

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本文编号：2629568