六自由度空間柔性機(jī)械臂的動力學(xué)分析與控制.pdf

1、隨著21世紀(jì)航天事業(yè)的迅速發(fā)展和對太空探索的不斷深入，未來空間任務(wù)越來越多，如空間站的建造維護(hù)、空間設(shè)備的維修、科學(xué)實(shí)驗(yàn)等，目前尚不能全靠宇航員來完成，由于空間機(jī)械臂具有適應(yīng)太空作業(yè)環(huán)境的能力，利用空間機(jī)械臂完成一些太空作業(yè)任務(wù)具有重要的意義，已經(jīng)成為空間技術(shù)研究領(lǐng)域內(nèi)的一個重要的研究方向。本論文的研究內(nèi)容來源于教育部科學(xué)技術(shù)研究重大項(xiàng)目“空間柔性機(jī)器人動力學(xué)／控制耦合系統(tǒng)的研究”，本論文以此為依托，重點(diǎn)對大型空間柔性機(jī)械臂動力學(xué)建模理

2、論和控制策略進(jìn)行了深入的分析和研究，本文的主要工作如下： 首先，本文首先對空間六自由度柔性機(jī)械臂的動力學(xué)建模方法進(jìn)行研究。針對設(shè)計的六自由度空間柔性機(jī)械臂，采用假設(shè)模態(tài)法描述臂桿的柔性，運(yùn)用Kane方法建立了空間柔性機(jī)械臂的動力學(xué)模型。分析機(jī)械臂關(guān)節(jié)柔性約束，給出了臂桿的彈性-阻尼邊界條件，通過仿真和試驗(yàn)研究，驗(yàn)證柔性機(jī)械臂在此約束條件下的動力學(xué)特性。 其次，為驗(yàn)證柔性機(jī)械臂的固有頻率等動力學(xué)特性，在有限元環(huán)境下，對柔性

3、機(jī)械臂進(jìn)行瞬態(tài)響應(yīng)分析、頻率響應(yīng)分析，并通過實(shí)際的模態(tài)分析試驗(yàn)，驗(yàn)證其動力學(xué)特性。 再次，針對空間柔性機(jī)械臂的控制任務(wù)，應(yīng)用奇異攝動理論將柔性機(jī)械臂的動力學(xué)方程分解為慢變子系統(tǒng)和快變子系統(tǒng)，采用復(fù)合控制策略實(shí)現(xiàn)精確軌跡跟蹤的同時實(shí)現(xiàn)有效的振動抑制；在慢變子系統(tǒng)中，設(shè)計模糊滑模控制策略提高機(jī)械臂剛性運(yùn)動的魯棒性，快變子系統(tǒng)中，采用PD控制抑制柔性機(jī)械臂的彈性振動。仿真結(jié)果表明：提出的控制策略不僅可保證高精度的定位控制精度，而且可有