一種適合空間繩系機(jī)器人逼近目標(biāo)過程中的燃料最優(yōu)位姿協(xié)調(diào)方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種適合空間繩系機(jī)器人逼近目標(biāo)過程中的燃料最優(yōu)位姿協(xié)調(diào)方法，步驟1：建立系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)模型；步驟2：系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)模型的離散；步驟3：規(guī)劃最優(yōu)軌跡控制信號(hào)；步驟4：協(xié)調(diào)最優(yōu)控制器通過空間繩系機(jī)器人系統(tǒng)真實(shí)的狀態(tài)信號(hào)x與步驟3計(jì)算出的理想狀態(tài)信號(hào)x*做差后得到誤差信號(hào)，將誤差信號(hào)與時(shí)變?cè)鲆鎱f(xié)調(diào)系數(shù)矩陣KN相乘得到偏差控制信號(hào)，該偏差控制信號(hào)與步驟3計(jì)算出的理想狀態(tài)信號(hào)x*相加得到控制信號(hào)，以此實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)控制。
【專利說明】一種適合空間繩系機(jī)器人逼近目標(biāo)過程中的燃料最優(yōu)位姿協(xié)調(diào)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】:
[0001]本發(fā)明隸屬于航天器控制技術(shù)研究領(lǐng)域，涉及到一種低燃料消耗的空間繩系機(jī)器人位姿協(xié)調(diào)控制方法，該控制方法可以應(yīng)用于空間繩系機(jī)器人逼近過程的控制中。
【背景技術(shù)】:
[0002]繩系機(jī)器人由于其靈活、安全、燃料消耗低等特點(diǎn)，在空間在軌服務(wù)中有著廣泛的作用，其中對(duì)失效衛(wèi)星救助、太空垃圾清理等進(jìn)行抓捕是其主要應(yīng)用。這些任務(wù)的實(shí)現(xiàn)都有賴于機(jī)器人對(duì)于目標(biāo)的精確逼近，因此逼近過程中的有效控制方法是繩系機(jī)器人的主要研究?jī)?nèi)容之一。空間機(jī)器人在逼近目標(biāo)過程中，由于末端機(jī)器人的重量非常有限，因此它自身的燃料非常有限，因此有必要利用系繩上和推力器對(duì)末端機(jī)器人的位置和姿態(tài)進(jìn)行協(xié)調(diào)控制。但由于系繩上的拉力對(duì)于機(jī)器人的姿態(tài)有著巨大的影響，傳統(tǒng)將位置和姿態(tài)分開進(jìn)行控制的方案容易導(dǎo)致末端機(jī)器人姿態(tài)的不穩(wěn)定，不施加控制甚至?xí)l(fā)生系繩纏繞，因此，需要在繩系機(jī)器人逼近過程中對(duì)其位置和姿態(tài)進(jìn)行協(xié)調(diào)的一體化控制。

【發(fā)明內(nèi)容】
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[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種適合空間繩系機(jī)器人逼近目標(biāo)過程中的協(xié)調(diào)控制方法，該控制方法可以減少燃料消耗，保證姿態(tài)穩(wěn)定，并且一定程度彌補(bǔ)推力器推力不足等特點(diǎn)。
[0004]本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn):
[0005]一種適合空間繩系機(jī)器人逼近目標(biāo)過程中的燃料最優(yōu)位姿協(xié)調(diào)方法，包括以下步驟:
[0006]步驟1:建立系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)模型
[0007]假設(shè)空間平臺(tái)的質(zhì)量遠(yuǎn)大于空間系繩和末端機(jī)器人的質(zhì)量，忽略空間系繩和末端機(jī)器人運(yùn)動(dòng)對(duì)于空間平臺(tái)的影響，空間繩系機(jī)器人系統(tǒng)的質(zhì)心與空間平臺(tái)的質(zhì)心重合，且運(yùn)動(dòng)在近圓形的開普勒軌道上，另外，忽略空間繩系機(jī)器人系統(tǒng)的面外運(yùn)動(dòng)和滾轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，則系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)模型為:
[0008]
【權(quán)利要求】
1.一種適合空間繩系機(jī)器人逼近目標(biāo)過程中的燃料最優(yōu)位姿協(xié)調(diào)方法，其特征在于:包括以下步驟: 步驟1:建立系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)模型 假設(shè)空間平臺(tái)的質(zhì)量遠(yuǎn)大于空間系繩和末端機(jī)器人的質(zhì)量，忽略空間系繩和末端機(jī)器人運(yùn)動(dòng)對(duì)于空間平臺(tái)的影響，空間繩系機(jī)器人系統(tǒng)的質(zhì)心與空間平臺(tái)的質(zhì)心重合，且運(yùn)動(dòng)在近圓形的開普勒軌道上，另外，忽略空間繩系機(jī)器人系統(tǒng)的面外運(yùn)動(dòng)和滾轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，則系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)模型為:
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適合空間繩系機(jī)器人逼近目標(biāo)過程中的燃料最優(yōu)位姿協(xié)調(diào)方法，其特征在于:在步驟I中，位置向量滿足:= + ▼滿足豕=，|/10 0
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適合空間繩系機(jī)器人逼近目標(biāo)過程中的燃料最優(yōu)位姿協(xié)調(diào)方法，其特征在于:在步驟I中，Na滿足:
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適合空間繩系機(jī)器人逼近目標(biāo)過程中的燃料最優(yōu)位姿協(xié)調(diào)方法，其特征在于:在步驟I中，Ab滿足,
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適合空間繩系機(jī)器人逼近目標(biāo)過程中的燃料最優(yōu)位姿協(xié)調(diào)方法，其特征在于:在步驟I中，:3滿足3 =，其中,加速度分量足和義滿足:
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適合空間繩系機(jī)器人逼近目標(biāo)過程中的燃料最優(yōu)位姿協(xié)調(diào)方法，其特征在于:步驟2的具體方法為: 通過線形單元的離散得到空間繩系機(jī)器人系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)滿足:
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適合空間繩系機(jī)器人逼近目標(biāo)過程中的燃料最優(yōu)位姿協(xié)調(diào)方法，其特征在于:步驟4中的協(xié)調(diào)最優(yōu)控制器根據(jù)以下方法設(shè)計(jì):空間繩系機(jī)器人系統(tǒng)的性能指標(biāo)為:
【文檔編號(hào)】G05D1/08GK103955225SQ201410174669
【公開日】2014年7月30日 申請(qǐng)日期:2014年4月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月28日
【發(fā)明者】黃攀峰, 胡仄虹, 孟中杰, 劉正雄 申請(qǐng)人:西北工業(yè)大學(xué)