【技术实现步骤摘要】
一种基于自适应滑模和差分进化的空间机器人控制方法
[0001]本专利技术具体涉及一种基于自适应滑模和差分进化的空间机器人控制方法,属于空间机器人控制
技术介绍
[0002]随着空间技术和机器人技术的发展,空间机器人成为实现在轨服务的关键技术途径。空间机器人在轨捕获目标是实现在轨服务的基本环节,在接近目标的过程中,空间机器人的运动控制精度决定了其能否成功捕获目标,同时其运动控制速度也决定了在轨任务的执行效率。由于微重力环境下空间机器人基座和机械臂之间存在着动力学耦合,且太空中存在各种干扰力/力矩的作用,使得空间机器人系统的控制问题变得十分复杂。
[0003]目前针对空间机器人的控制方法多基于准确的空间机器人动力学模型,而实际上空间机器人的动力学参数很难准确给出。滑模控制被应用于考虑系统参数不确定性和外界干扰的空间机器人控制中,但传统的滑模控制是通过使系统误差沿一特定滑模平面进行收敛,会导致系统产生抖振甚至结构破坏。边界层滑模控制可以解决上述问题,但牺牲了控制精度。本专利技术基于滑模控制思想,引入可变增益,根据空间机器人的不确定度和运动状态对其进行实时调整,并通过差分进化方法对控制器的关键参数进行优化,消除了传统滑模方法导致的抖动问题,提高了运动的控制精度和误差的收敛速度,实现了对空间机器人基座姿态和机械臂运动的快速、精确协同控制。
技术实现思路
[0004]本专利技术的目的在于提供一种基于自适应滑模和差分进化的空间机器人控制方法,该方法可以在保持控制系统良好鲁棒性的基础上,消除传统滑模 ...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于自适应滑模和差分进化的空间机器人控制方法,其特征在于:具体步骤如下:步骤1:采用拉格朗日方法建立空间机器人的动力学模型,在此基础上,以运动误差为状态向量,将考虑系统不确定性的动力学模型在状态空间进行表述。包括以下子步骤:步骤1.1:根据拉格朗日算法建立的系统动力学模型为:其中,Φ=[Φ
ST
,Φ
MT
]
T
代表广义坐标,Φ
S
=[α,β,γ]
T
代表基座的姿态,Φ
M
=[Φ1,Φ2…
Φ
n
]
T
代表n个机械臂关节的角度,τ=[τ
x
,τ
y
,τ
z
,τ1,τ2,
…
,τ
n
]
T
代表基座姿态调整力矩和关节力矩。H∈R
(n+3)
×
(n+3)
正定且对称,代表空间机器人的惯量矩阵;表示非线性项。步骤1.2:设空间机器人期望位姿为Φ
d
,则位姿误差及速度误差向量表示为e1=Φ
‑
Φ
d
,e=[e
1T
,e
2T
]
T
。动力学模型在状态空间的数学表达为:其中,O∈R
(n+3)
×
(n+3)
表示空矩阵。步骤1.3:建立考虑系统不确定性的动力学模型。当H和C矩阵中的参数不完全已知或参数不精确的情况下,令其中代表H的估计值,ΔH代表矩阵H的不确定度。构造一个力矩矢量τ
*
,令将代入到的表达式中,得其中,h(e,t)=H
‑1ΔHτ
*
代表系统的不确定度。步骤2:设计自适应变结构滑模控制方法,实现对空间机器人基座和机械臂的协同控制。自适应变结构滑模控制包括三个阶段:接近阶段、收敛阶段和约束阶段,各阶段控制律的建立分别如下子步骤:步骤2.1:接近阶段的控制律表达式为:其中,令抛物线方程σ
i
(e)定义如下:步骤2.2:收敛阶段的控制律表达式为:其中,M
i
(t)是自适应因子。令收敛阶段开始时t=0,M
i
(0)为:
M
i
(t)的更新方式为:M
i
(t)=κ
ci
(t)
‑
κ
mi
(t)+M
i
(t
‑
T)
ꢀꢀꢀ
(9)式中,T是采样周期。κ
ci
(t)和κ...
【专利技术属性】
技术研发人员:史玲玲,姚鹤,金鑫,左镇,肖木峥,
申请(专利权)人:北京理工大学,
类型:发明
国别省市:
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。