基于神经网络的跨尺度环境下空间机械臂滑模控制研究

发布时间：2023-02-06 08:57

　　近年来,空间机械臂作为一项在轨服务的关键性技术在空间活动中扮演着不可替代的角色。空间机械臂在地面重力环境下完成组装,在空间微重力环境中进行在轨服务,重力环境的改变会引起空间机械臂运动行为的变化,如何解决这种运动行为差异是一个值得研究的课题。本文针对空间机械臂在跨尺度环境中的关节轨迹跟踪控制进行研究,具体内容如下:首先,介绍了空间机械臂及其在跨尺度环境下轨迹跟踪控制的国内外研究现状,对微重力研究进行了综述,推导了空间机械臂系统的动力学和运动学模型,并分别给出了地面重力和空间微重力环境下的仿真模型。其次,针对跨尺度环境下空间机械臂的关节轨迹跟踪控制问题,设计基于空间机械臂名义模型的全局PID滑模控制方案。通过设计全局滑模面,使系统状态初始时刻就处于滑模面,消除了传统线性滑模控制中的到达运动阶段,基于空间机械臂的名义模型推导出等效控制律,使用基于指数趋近律设计的切换控制器对建模误差等不确定性进行补偿,并基于李亚普诺夫理论证明了闭环系统的渐进稳定性。再次,针对全局PID滑模控制中出现的抖振问题,设计一种基于神经网络补偿的全局滑模控制策略。引入RBF神经网络对模型中的建模误差等不确定性进行逼近,...

【文章页数】：68 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
    1.1 研究的目的和意义
    1.2 国内外研究综述
        1.2.1 空间机械臂研究现状
        1.2.2 空间机械臂轨迹跟踪控制研究现状
        1.2.3 微重力研究现状
    1.3 本文主要内容和结构安排
第2章 跨尺度环境下空间机械臂系统模型建立
    2.1 引言
    2.2 空间机械臂运动学研究
        2.2.1 系统结构及基本假设
        2.2.2 基本坐标系及符号定义
        2.2.3 地面尺度运动学模型
        2.2.4 空间尺度运动学模型
    2.3 空间机械臂动力学研究
        2.3.1 地面尺度动力学模型
        2.3.2 空间尺度动力学模型
    2.4 仿真模型
        2.4.1 空间尺度模型
        2.4.2 地面尺度模型
    2.5 本章小结
第3章 基于名义模型的空间机械臂滑模控制
    3.1 引言
    3.2 滑模控制理论知识
        3.2.1 滑模控制概述
        3.2.2 滑模控制定义
        3.2.3 滑模控制系统的动态品质
    3.3 空间机械臂滑模控制
        3.3.1 全局PID滑模控制器设计
        3.3.2 稳定性证明
        3.3.3 仿真研究
    3.4 本章小结
第4章 基于神经网络补偿的空间机械臂滑模控制
    4.1 引言
    4.2 RBF神经网络及GL矩阵
        4.2.1 RBF神经网络
        4.2.2 GL矩阵
    4.3 空间机械臂神经网络滑模控制
        4.3.1 神经网络滑模控制器设计
        4.3.2 稳定性证明
        4.3.3 仿真研究
    4.4 本章小结
第5章 考虑重力项的空间机械臂神经网络滑模控制
    5.1 引言
    5.2 重力项对空间机械臂运动控制的影响
        5.2.1 重力项对空间机械臂动力特性的影响
        5.2.2 重力项对空间机械臂轨迹跟踪精度的影响
    5.3 考虑重力项的神经网络终端滑模控制
        5.3.1 神经网络终端滑模控制器设计
        5.3.2 稳定性证明
        5.3.3 仿真研究
    5.4 本章小结
第6章 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 展望
参考文献
作者简介及科研成果
致谢



本文编号：3735702