一种适合空间绳系机器人逼近目标过程中的燃料最优位姿协调方法

摘要

本发明提供了一种适合空间绳系机器人逼近目标过程中的燃料最优位姿协调方法，步骤1：建立系统的动力学模型；步骤2：系统的动力学模型的离散；步骤3：规划最优轨迹控制信号；步骤4：协调最优控制器通过空间绳系机器人系统真实的状态信号x与步骤3计算出的理想状态信号x^*做差后得到误差信号将误差信号与时变增益协调系数矩阵K_N相乘得到偏差控制信号该偏差控制信号与步骤3计算出的理想状态信号x^*相加得到控制信号，以此实现协调控制。

主权项

一种适合空间绳系机器人逼近目标过程中的燃料最优位姿协调方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：建立系统的动力学模型假设空间平台的质量远大于空间系绳和末端机器人的质量，忽略空间系绳和末端机器人运动对于空间平台的影响，空间绳系机器人系统的质心与空间平台的质心重合，且运动在近圆形的开普勒轨道上，另外，忽略空间绳系机器人系统的面外运动和滚转运动，则系统的动力学模型为：其中，μ表示系绳的线密度，l₀表示释放出的系绳长度，表示系绳上点的机动加速度，δ表示变分运算，表示以归一化坐标描述的位置向量，表示系绳中的张力矢量，表示系绳上一点的速度矢量，表示张力矢量的模，表示系绳上某一点处切向量的模，为归一化坐标，ξ为空间平台的释放/回收机构出口处系绳的自然坐标，N_a表示由于系绳释放和回收造成的附近阻尼力，N_P为作用在系绳上的控制力，表示系绳与末端操作机构的连接点位置的转置，m_B和J_B分别表示末端操作机构的质量和转动惯量，F_B和M_B分别表示作用在末端操作机构上的控制力和控制力矩；表示平台坐标系的x^o轴与末端操作机构坐标系x^B轴的夹角，表示平台坐标系的x^o轴与末端操作机构坐标系x^B轴夹角的二阶导数，A_B表示末端操作机构的机动加速度；其中，以系绳存放在空间平台中的那一端为系绳自然坐标计算的起点；步骤2：系统的动力学模型的离散步骤3：规划最优轨迹控制信号性能指标为：其中，d_M表示力臂的长度，t_f表示末端时间，u₂、u₃、u₄分别表示不同控制量；空间绳系机器人系统在逼近过程中的动力学约束条件：其中，u为系统的控制信号，x为空间绳系机器人的状态信号，F为系统的动力学方程；空间绳系机器人系统在逼近过程中的边界约束条件：x(0)＝x₀,x(t_f)＝x_f，其中，x₀为系统的初始状态信号，x_f为系统的末端状态信号；在满足约束条件的情况下，以性能指标为目标，利用hp自适应伪谱算法求解出最优轨迹(x^*,u^*)，其中，x^*为空间绳系机器人的理想状态信号，u^*为空间绳系机器人的理想控制信号；步骤4：协调最优控制器通过空间绳系机器人系统真实的状态信号x与步骤3计算出的理想状态信号x^*做差后得到误差信号将误差信号与时变增益协调系数矩阵K_N相乘得到偏差控制信号该偏差控制信号与步骤3计算出的理想状态信号x^*相加得到控制信号，以此实现协调控制。