空间机器人最优能耗捕获目标的自适应跟踪控制

作     者：柳强 金明河 刘宏 王滨 LIU Qiang;JIN Minghe;LIU Hong;WANG Bin

作者机构：哈尔滨工业大学机器人技术与系统国家重点实验室黑龙江哈尔滨150001 

出 版 物：《机器人》 (Robot)

年 卷 期：2022年第44卷第1期

页      面：77-89页

核心收录：

学科分类：0711[理学-系统科学] 08[工学] 082504[工学-人机与环境工程] 0835[工学-软件工程] 0825[工学-航空宇航科学与技术] 0701[理学-数学] 0811[工学-控制科学与工程] 0812[工学-计算机科学与技术（可授工学、理学学位）] 

基　　金：国家自然科学基金创新研究群体科学基金(51521003) 机器人技术与系统国家重点实验室自主计划(SKLRS202014B) 

主　　题：空间机器人 最优自适应跟踪控制 最优能耗 动力学解耦与线性化 

摘      要：提出了一种能够引导末端执行器以期望速度跟踪目标的轨迹规划方法。该方法可以实现避障并满足关节限制要求。基于轨迹规划方法,设计了一种利用自由飘浮空间机器人跟踪与捕获章动自旋卫星的自适应控制策略。此外,该控制策略还考虑了最优能耗、测量误差和优化误差。首先,为了使执行器的跟踪误差和机械臂的能耗最小,将空间机器人的控制策略描述为一个关于关节速度、力矩和避障距离的不等式约束优化问题。然后,推导出一个系数为下三角矩阵的显式状态方程,并对目标函数进行解耦和线性化。设计了一种关节速度和力矩分段优化方法去代替传统的凸二次规划方法求解最优问题,这种方法具有较高的计算效率。最后,利用李雅普诺夫稳定性理论验证了所提控制方法的收敛性。