基于空间机械臂的柔顺抓捕技术研究综述

空间机械臂是广泛应用于空间探索与实验的重要机电设备,柔顺抓捕技术为其执行主要任务的基础。空间机械臂柔顺抓捕技术主要分为结构设计与控制方法两个方面。首先介绍了目前已成功应用的空间机械臂末端执行器系统,分析了其结构与抓捕原理特点,说明了相应优势与不足,并给出结构优化的合理建议。然后介绍柔顺抓捕的控制方法在空间任务以及部分非空间任务中的成功应用,比较了其特性与优劣,归纳出优化的空间机械臂柔顺抓捕控制策略。本研究期望为空间机械臂柔顺抓捕技术的研究提供思路。     

执行器饱和的多智能体一致性控制

针对执行器饱和约束下的一类离散多智能体系统，设计了一种基于线性矩阵不等式的一致性控制律，并对线性矩阵不等式解的存在性进行了分析。由于饱和环节的影响，导致多智能体系统的一致性与个体的初始状态有关，不同的控制律所能允许的个体之间的初始偏差的范围不同。为了定量分析控制律所对应的初始偏差范围，引入吸引域的概念对所设计的控制律进行评估，并对控制律参数进行优化以扩大吸引域的范围。最后，通过数值仿真说明了所设计控制律的有效性。     

基于单隐层神经网络的压电执行器非线性特征建模策略研究

研究了压电致动器的几种主要非线性特征的联合建模方案,其中包括迟滞、蠕变和温度漂移.提出了一个利用NARM AX模型的级联单隐层前馈神经网络以消除迟滞的影响,利用信息标准和误差缩减比算法确定对模型误差影响最大的几项回归因子作为网络的输入节点.实验表明,利用多网络泛化和正则化策略,网络在测试数据上的绝对误差可以下降到不高于±0.1 μm;通过将运行时间、温度传感器测量值和激励电压频率三项数据加入输入节点,可补偿蠕变和温度漂移导致的非线性因素,将最终在测试集上的绝对误差限制在±0.01 μm之内,且对于不同的激励电压频率具有良好的泛化能力.本文的研究成果对于多非线性耦合的压电执行器建模有一定的借鉴意义.     

改进型测功机油门执行器的研制

在发动机试验中突然停电，极易发生发动机飞车事故，为解决此问题，研制了改进型测功机油门执行器。本文介绍了改进型测功机油门执行器的研制方法、工作原理及消除发动机飞车事故的的原理。试验证明，改进型测功机油门执行器工作安全可靠。     

智能结构压电执行器位置优化的模态力准则

基于模态空间控制理论与点压电执行器的Ｅｕｌｅｒ－Ｂｅｒｎｏｕｌｌｉ点力模型,推导得出了柔性杆梁结构上的点压电执行器所产生的模态控制力与压电片位置处的模态应变成正比的结论。由此提出了点压电执行器置于各阶模态应变的最大值处的最大模态力位置优化准则,计算机仿真结果证明了以上准则的有效性。     

具有Lipschitz非线性系统的航天器故障检测

对存在未知干扰的Lipschitz非线性系统,探讨了基于滑模观测器的执行器故障检测的方法。通过等价状态变换,可以得到2个子系统,其中一个子系统与执行器故障和未知干扰耦合,而另一个子系统则只与执行器故障耦合。在此基础上,提出了一种免受未知干扰影响,可对执行器故障敏感的滑模观测器设计方法。这种滑模观测器可以作为故障检测工具,而将其输出估计误差作为残差发生器,用于执行器故障检测。相比滑模观测器的故障重构方法,该方法大大放宽了对数学假设条件的要求。最后,对一个大攻角状态下的航天器的简化模型进行了数字仿真,仿真结果表明了所提方法的有效性。     

碟形飞行器过驱动饱和系统的吸引域估计

为获得碟形飞行器过驱动饱和系统的吸引域估计,首先采用控制分配方法使双执行器控制系统简化成单执行器控制系统,然后运用线性二次调节方法设计反馈控制律,并通过计算机迭代获得尽量大的系统吸引域,分析了不同控制分配策略下影响系统吸引域大小的原因。仿真结果表明了该方法的有效性。     

轻型自主爬行制孔系统集成控制技术

针对机身筒段大部件的装配需求,设计了由自主多足移动机构与多功能末端执行器两大功能模块组成的轻型自主爬行制孔系统。基于集成控制的总体需求,设计了上下位机分层控制体系。利用Microsoft Visual Studio平台开发了上位机集成控制软件,用以规划整个钻铆系统的加工任务,监测现场加工任务的执行情况。利用德国倍福软PLC技术实现对整个系统终端硬件的实时控制。在明确了集成控制的总体方案后,设计了基于工业网络的硬件组态和基于多软件平台的软件组态。最后,在不同倾斜角度的曲面工装上进行了机器人的行走和钻孔试验。试验结果表明轻型自主爬行制孔系统结构设计合理,集成控制系统性能稳定,能够稳定实现行走和钻孔功能,制孔质量满足要求。     

基于新型终端滑模的航天器执行器故障容错姿态控制简

 针对受干扰的刚体航天器冗余执行器存在故障与控制受限的姿态跟踪控制问题,提出一类基于新型指数形式的非奇异快速滑模面（ENFTSM）与趋近律的姿态容错控制器设计方法。当部分推力器发生故障时,假设剩余推力器具有输出饱和特性且能提供足够推力保证航天器执行任务,相比一般终端滑模控制器,本文设计的控制器不仅能使系统状态以更快的速度到达平衡点,且不需要在线对执行器故障信息进行检测和分离。基于Lyapunov方法证明本文设计的控制器能保证闭环系统稳定,且能有效地抑制外部干扰、控制受限和执行器故障等约束。最后对提出的控制算法进行了数值仿真,其结果表明了该控制器的有效性。