载体姿态无扰的自由漂浮空间机器人运动规划

为满足自由漂浮空闻机器人系统工作时需保证载体姿态稳定的要求,提出了一种载体姿态无扰动的非完整运动规划方法.该方法通过引入载体姿态无扰约束方程,构建载体姿态无扰曲线组,设计了关节空间基本规划算法;采用多次规划的方法,克服了基本算法不能够在整个无扰工作空同内规划的不足.仿真得到的位置偏差和路径规划结果表明机械臂末端达到目标点的同时确保了载体姿态无扰动,从而验证了所提方法的有效性和可行性.     

充液航天器姿态稳定分析的Casimir方法

充液航天器中的液体燃料晃动将可能导致航天器姿态不稳定性现象的发生．本文采用哈密顿动力学方法研究了半充液航天器姿态运动的稳定性问题．首先将晃动液体等效为弹簧质量块力学模型,建立了液体晃动与航天器姿态多体耦合动力学系统的哈密顿方程,并进一步推导了与耦合动力学系统相关的Casimir函数;借助于Casimir函数并采用李亚普诺夫稳定性理论推导出耦合系统的稳定性和非稳定性条件,最后给出了数值仿真结果及相关结论．     

双刚体航天器姿态运动规划的样条逼近方法

双刚体航天器系统在无外力矩作用时,其姿态运动可通过连接双刚体航天器的关节铰进行控制,这种关节铰可由球铰或万向节铰构成．本文利用系统相对于总质心的动量矩守恒这一特性研究了双刚体航天器的三维姿态运动控制问题．分别导出带球铰和万向节铰连接的双刚体航天器系统三维姿态运动控制模型,并将系统的姿态运动控制问题转化为无漂移系统的运动规划问题．利用最优控制和样条逼近方法,在控制输入的样条逼近中引入粒子群算法,提出基于样条逼近的最优运动规划数值算法．运动规划的最优控制是光滑的,且初值和终值均为零,通过数值仿真,表明该方法对带球铰和万向节铰连接的双刚体航天器三维姿态运动规划是有效的．     

基于对偶四元数的交会对接相对位姿测量算法

为了提高交会对接近距离段的相对位置姿态测量的实时性和准确性,提出了利用对偶四元数方法求解交会对接近距离段的相对位姿.该方法可以整体考虑追踪航天器坐标系和目标航天器坐标系间的相对旋转和平移,保持了刚体运动的完整性,克服了传统方法的缺陷.数值仿真验证了该方法的有效性.     

Algorithm of Attitude Control and Its Simulation of Free-Flying Space Robot

Reaction wheel or reaction thruster is employed to maintain the attitude of the base of space robot fixed in attitude control of free-flying space robot.However, in this method, a large amount of fuel will be consumed, and it will shorten the on-orbit life span of space robot, it also vibrate the system and make the system unsteady.The restricted minimum disturbance map (RMDM) based algorithm of attitude control is presented to keep the attitude of the base fixed during the movement of the manipulator.In this method it is realized by planning motion trajectory of the end-effector of manipulator without using reaction wheel or reaction thruster.In order to verify the feasibility and effectiveness of the algorithm attitude control presented in this paper, computer simulation experiments have been made and the experimental results demonstrate that this algorithm is feasible.     

带挠性轴太阳帆板充液航天器流—弹—刚耦合动力学研究

本文研究了带挠性轴太阳帆板充液航天器流-弹-固耦合动力学问题,首先由系统对质心的动量矩定理导出了系统动力学方程,接着分析了航天器贮箱内液体涡旋运动、太阳帆板挠性轴扭转运动,最后给出了航天器姿态角速率与液体涡旋运动、挠性轴扭转运动的关系式,给出了数值结果,分析了液体涡旋运动、挠性轴扭转运动对航天器姿态运动的影响。     

Algorithm of Attitude Control and Its Simulation of Free-Flying Space Robot

Reaction wheel or reaction thruster is employed to maintain the attitude of the base of space robot fixed in attitude control of free-flying space robot.However, in this method, a large amount of fuel will be consumed, and it will shorten the on-orbit life span of space robot, it also vibrate the system and make the system unsteady.The restricted minimum disturbance map (RMDM) based algorithm of attitude control is presented to keep the attitude of the base fixed during the movement of the manipulator.In this method it is realized by planning motion trajectory of the end-effector of manipulator without using reaction wheel or reaction thruster.In order to verify the feasibility and effectiveness of the algorithm attitude control presented in this paper, computer simulation experiments have been made and the experimental results demonstrate that this algorithm is feasible.     

带挠性轴太阳帆板与航天器中心刚体耦合动力学研究

建立了带挠性轴太阳帆板航天器的物理模型, 利用保守系统的Lagrange方程, 导出 了带挠性轴太阳帆板航天器系统动力学方程. 通过变换, 给出太阳帆板、 航天器中心刚体 耦合运动微分方程组. 应用Runge-Kutta积分法得出数值结果. 并分析了太阳帆板转动惯量 、 挠性轴的扭转刚度、 太阳帆板的初始扰动对航天器姿势运动的影响.     

带挠性轴太阳帆板航天器姿态动力学研究

建立了带挠性轴太阳帆板航天器的物理模型 ,利用保守系统的 Lagrange方程 ,导出了带挠性轴太阳帆板航天器动力学方程 ,在小姿态角速率情况下 ,推出了航天器挠性轴扭转运动、航天器姿态运动的运动学方程 ,给出了数值结果 ,分析了太阳帆板转动惯量、挠性轴的扭转刚度对航天器姿态运动的影响。     

航天器姿态和振动的拉索控制模型

在工程中,航天器的姿态控制和柔性部件振动控制一般采用分开设计和分时段执行,这样增加了航天器的控制时间。该文采用拉索结构作为控制作动器,用模态叠加法对航天结构模型进行刚柔耦合建模,并用线性二次型最优控制方法设计一个控制算法,对航天器姿态及其柔性部件同时进行控制。仿真结果显示,航天结构在各种激励下产生的姿态漂移和柔性附件振动同时得到了快速稳定的抑制。针对拉索控制的特点,分析了拉索的支座反力对控制系统的影响。结果表明,在结构建模中如果不考虑支座反力,将会导致控制系统不稳定。     

自由浮动球体的多推进器进化优化控制

为控制在太空中自由浮动的航天器 ,通过建立多个小推进器作用下自由浮动球体的运动模型 ,使用遗传算法(GA)控制球体运动过程中姿态和路径 ,为实际的航天器控制提供了一种新的控制方式。根据多个小推进器不同分布所产生的作用 ,在不同的运动阶段使用 GA搜寻最好的推进器组合方式以便得到最优的路径和位置控制。将控制目标作为GA的适应函数 ,使用 GA控制器得到的推进器组合方式移动球体到达目标的位置和状态。与传统的航天器所采用最优控制方法相比 ,这种实现方式简单 ,不需要复杂的算法分析 ,却能够得到更有效的控制结果     

基于神经网络的空间柔性机械臂PID快速学习控制

针对自由漂浮柔性空间机器人的轨迹跟踪问题,提出一种径向基函数（RBF）神经网络控制策略.首先建立漂浮基柔性空间机器人的非线性动力学方程,考虑到RBF神经网络良好的逼近能力,柔性臂的非线性逆动力学模型通过RBF网络来逼近,采用PID控制器与神经网络控制器来共同保证系统稳定性,其误差代价函数由PID控制器提供,采用固定中心参数,而扩展宽度采用启发式关系确定,网络权值采用改进的最优准则算法进行调整来实现快速学习能力.仿真结果表明了这种RBF神经控制器能够达到较快的误差收敛速度.     

机械手圆周运动的轨迹规划与实现

研究机器人跟踪由任意不共线空间三点所决定的外接圆曲线,提出了机器人圆周运动的一种笛卡尔空间的轨迹规划方法.该方法通过坐标变化将三维空间内的圆周轨迹规划问题简化到二维平面上进行研究,由此简化了轨迹规划问题;为了保证机器人圆周运动较好的插补精度和圆周轮廓,提出了一种可控插补精度的圆周插补算法.根据坐标变化以及插补算法给出了轨迹规划的算法步骤,将该规划方法用于微操作机械手,完成了机械手的圆周涂胶作业,实际应用表明该方法能够满足实时性和精度指标要求.     

基于神经动力学的冗余机械臂恒定转速比算法

提出一种基于神经动力学的恒定转速比（CRR）算法,用于解决冗余机械臂运动规划末端精度问题.在运动规划中,通过神经动力学求解出雅可比矩阵伪逆,由4阶龙格-库塔法得出实时精准的关节角速度,从而获得各关节平均速度比,并将其比值关系带入CRR算法中求解出最优关节角度.与传统的加权伪逆运动规划不同,CRR算法是在关节角位置层面求解,这也正是提高冗余机械臂末端精度的关键环节.在文末,通过平面3自由度和平面6自由度冗余机械臂模型进行运动规划仿真,仿真结果验证了算法的有效性.      

绳系释放时的航天器耦合动力学分析

本文研究了绳系释放对于航天器刚体姿态的影响.基于离散的系绳黏弹性模型,建立了航天器和系绳间刚-柔耦合的时变非线性动力学模型.以Kissel释放控制律为例,研究了系绳自由释放及受控释放时航天器姿态动力学问题,揭示了绳系释放对于航天器本体姿态的影响规律.结果表明,系绳自由释放末的冲击可致航天器旋转,而受控系绳释放使航天器产生绕其局部平衡位置的振荡.航天器初始姿态对绳系航天器的释放动力学具有显著影响.     

Steward动感平台体感仿真数值化算法研究与实现

为实现六自由度Steward动感平台的姿态控制，实时模拟驾驶舱的运动姿态，选择Washout Filte的滤波方法作为体感模拟算法，推导Washout Filter的高通、低通滤波器的传递函数转换为差分方程的算法及纵向加速度倾斜策略、俯仰策略等，并用实例验证了算法的正确性．     

基于四元数的带飞轮航天器的自适应姿态控制

由于各种环境因素的影响，航天器在运行过程中其动力学参数的准确值难以确定．姿态控制系统必须具有自适应性以适应参数的变化．文中针对飞轮控制航天器提出了一种基于四元数的自适应控制方法．与欧拉角比较，姿态运动的四元数表达的主要优点是数值计算过程中不存在奇异位置．这种控制方法在不需提供航天器参数的情况下可保证航天器跟踪期望的姿态变化以实现姿态机动．应用Lyapunov直接方法证明系统的渐近稳定性，并通过航天器姿态机动跟踪的数值仿真证实了这种控制方法的有效性．     

双自旋卫星姿态运动的解析解

本文采用积分因子法较简单地求得双自旋卫星在零马达力矩条件下姿态运动微分方程组的首次积分。文中讨论的方法表明,由于初刻条件选取的不同,可能导致首次解析积分结果的不同表述。     

并联机器人机床运动学正,逆解

基于一般ＳＴＥＷＡＲＴ机构研制的并联机器人机床是新一代智能化金属切削加工机床。然而，机床的运动学位置正、逆解呈强非线性，求解困难，出于机床精度的需要，本研究的模型样机在结构上采用了滚珠丝杠传动，因此又带来了关节运动耦合，导致机床运动学位置正、逆解求解更加复杂。利用运动学等效的原则，引入整机等效串联机构及分支等效串联机构，以等效广义坐标为中间变量建立机床运动学正、逆解求解迭代算法。仿真与控制实验表明     

漂浮基空间机械臂姿态与末端爪手协调运动的模糊变结构滑模控制

讨论了载体姿态受控、位置不受控制情况下,漂浮基空间机械臂载体姿态与末端爪手协调运动的控制问题.结合系统动量守恒关系,分析、建立了空间机械臂系统运动的Jacob i关系及完全能控形式的系统动力学方程.在此基础上,应用变结构滑模控制理论设计了空间机械臂载体姿态与末端爪手惯性空间轨迹协调运动的变结构滑模控制方案;为了克服上述变结构滑模控制器抖振的缺点,附加设计了一个模糊控制器,以根据系统的控制输出来动态调节变结构滑模控制器等速趋近率的系数,从而达到既保证系统具有快速响应又能消除原有控制器具有抖振缺点的目的.系统数值仿真运算,证明了上述控制方案的有效性.