一种两自由度飞行机械臂系统的设计与实现

作     者：何慰 方勇纯 梁潇 张鹏 HE Wei;FANG Yongchun;LIANG Xiao;ZHANG Peng

作者机构：南开大学机器人与信息自动化研究所天津300350 天津市智能机器人技术重点实验室天津300350 

出 版 物：《航空学报》 (Acta Aeronautica et Astronautica Sinica)

年 卷 期：2021年第42卷第2期

页      面：258-268页

核心收录：

学科分类：08[工学] 082503[工学-航空宇航制造工程] 0802[工学-机械工程] 0825[工学-航空宇航科学与技术] 0704[理学-天文学] 0701[理学-数学] 0812[工学-计算机科学与技术（可授工学、理学学位）] 

基　　金：国家自然科学基金(61873132,61903200) 天津市自然科学基金(19JCQNJC03500) 

主　　题：无人机 机械臂 动力学建模 非线性控制 运动控制 

摘      要：提出了一种基于欧拉-拉格朗日方法的飞行机械臂系统模型,在机械臂缓慢运动的合理假设下,模型不仅能有效描述实际系统,同时模型表达得到了精简。在此基础上进行控制器设计,首先使用输出变换将系统反馈线性化,并将内外环动态分离,基于此分别设计外环滑模控制器和内环比例-积分-微分(PID)控制器。该控制器在仿真实验中能有效抑制机械臂带来的扰动且镇定和轨迹跟踪性能明显优于经典的串级比例-积分-微分控制器。结果表明本文提出的建模和控制方法能够有效补偿机械臂的已建模扰动,并能充分抑制机械臂摆动产生的未建模扰动,且控制器计算复杂度适中,能够满足实际应用需求。