Singular perturbation-based pose tracking control for rigid-flexible coupled space robot

Abstract

针对存在参数不确定性和外部扰动的刚柔耦合空间机器人位姿跟踪控制问题, 本文提出一种基于奇异摄动理论的滑模-线性二次型调节器复合控制器. 基于 Jourdain 速度变分原理, 建立了包含参数不确定性和有界扰动的刚柔耦合空间机器人动力学模型. 为同时满足轨迹跟踪和弹性振动抑制需求, 通过奇异摄动分解将动力学模型解耦为表征刚性运动的慢变子系统和描述柔性振动的快变子系统. 针对慢变子系统, 设计具备有限时间收敛特性的自适应滑模变结构控制器, 同时引入径向基神经网络对系统不确定性及扰动进行估计, 并通过自适应增益补偿估计误差. 针对快变子系统, 基于最优控制理论设计线性二次型调节器. 仿真结果表明, 所设计的控制器在控制精度、鲁棒性以及振动抑制方面表现出色, 验证了所提控制方法的有效性.