漂浮基柔性空间机械臂姿态与关节协调运动的Terminal滑模控制

摘要

本文讨论了载体位置无控、姿态受控情况下，具有外部扰动的漂浮基柔性空间机械臂载体姿态与机械臂各关节协调运动的控制问题。基于假想模态法、系统动量守恒关系及拉格朗日方法，建立了漂浮基柔性空间机械臂系统的动力学方程，并将其转化为系统控制状态方程。以此为基础，根据Terminal滑模控制技术，给出了系统相关Terminal滑模面的数学表达式，在此基础上提出了具有外部扰动情况下漂浮基柔性空间机械臂载体姿态与机械臂关节协调运动的Terminal滑模控制方案。提出的控制方案不但确保了闭环系统滑模阶段的存在性，同时通过Terminal滑模函数的适当选取，还保证了输出误差在有限时间内的收敛性。此外，由于确保了无论何种情况下系统初始状态均在Terminal滑模面上，从而消除了其它滑模控制方法常有的到达阶段，使得闭环系统具有全局鲁棒和稳定性。一个平面两杆漂浮基柔性空间机械臂的系统数值仿真，证实了方法的有效性。