自由漂浮空间机器人轨迹跟踪的模型预测控制

作     者：宁昕 武耀发 NING Xin;WU Yao-fa

作者机构：西北工业大学航天学院陕西西安710072 航天飞行动力学技术国家重点实验室陕西西安710072 

出 版 物：《控制理论与应用》 (Control Theory & Applications)

年 卷 期：2019年第36卷第5期

页      面：687-696页

核心收录：

学科分类：0808[工学-电气工程] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 080202[工学-机械电子工程] 0802[工学-机械工程] 0811[工学-控制科学与工程] 

基　　金：国家自然科学基金项目(11402200) 航天科技创新基金项目(GSR1572001)资助~~ 

主　　题：自由漂浮空间机器人 扩展状态空间 拉盖尔模型 模型预测控制 

摘      要：针对传统控制方法难以解决自由漂浮空间机器人(free-floating space robot, FFSR)轨迹跟踪过程中的各类约束的问题,采用模型预测控制对自由漂浮空间机器人的轨迹跟踪问题进行了研究.在自由漂浮空间机器人拉格朗日动力学模型的基础上,建立了系统伪线性化的扩展状态空间模型;在给定系统的性能指标和各类约束的情况下,基于拉盖尔模型设计相应的离散模型预测控制器,并证明控制器的稳定性,控制器中引入任务空间滑模变量实现了对末端期望位置和期望速度的同时跟踪;以平面二杆自由漂浮空间机器人为例,对无约束末端轨迹跟踪和有约束末端轨迹跟踪两种情况进行对比仿真验证.仿真结果表明,该模型预测控制器不仅可以实现对末端期望轨迹的有效跟踪,还能满足各类约束.