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空间多体系统轨道姿态及机械臂一体化控制

魏春岭 袁泉 张军 王梦菲

魏春岭, 袁泉, 张军, 等 . 空间多体系统轨道姿态及机械臂一体化控制[J]. 北京航空航天大学学报, 2020, 46(2): 252-258. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2019.0204
引用本文: 魏春岭, 袁泉, 张军, 等 . 空间多体系统轨道姿态及机械臂一体化控制[J]. 北京航空航天大学学报, 2020, 46(2): 252-258. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2019.0204
WEI Chunling, YUAN Quan, ZHANG Jun, et al. Integrated orbit, attitude and manipulator control of space multi-body system[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2020, 46(2): 252-258. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2019.0204(in Chinese)
Citation: WEI Chunling, YUAN Quan, ZHANG Jun, et al. Integrated orbit, attitude and manipulator control of space multi-body system[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2020, 46(2): 252-258. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2019.0204(in Chinese)

空间多体系统轨道姿态及机械臂一体化控制

doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2019.0204
基金项目: 

国家自然科学基金 61873029

详细信息
    作者简介:

    魏春岭  男, 博士, 研究员。主要研究方向:航天器导航、制导与控制。E-mail:clwei502@163.com

    袁泉  男,博士研究生。主要研究方向:复杂航天器动力学与控制

    张军  男,博士,研究员。主要研究方向:大型航天器及机器人动力学与控制

    王梦菲 女, 硕士研究生。主要研究方向:大型航天器动力学与控制

    通讯作者:

    魏春岭. E-mail:clwei502@163.com

  • 中图分类号: TP242

Integrated orbit, attitude and manipulator control of space multi-body system

Funds: 

National Natural Science Foundation of China 61873029

More Information
  • 摘要:

    针对在轨服务等新型任务对航天器快速机动能力的大幅提高,研究了卫星基座和机械臂构成的空间多体系统的轨道、姿态和机械臂的一体化控制设计问题。首先,建立了空间多体系统的动力学模型;然后,基于退步控制思想,设计了卫星基座、姿态与机械臂一体化控制器,并证明了系统的稳定性,由于利用了空间多体系统的所有自由度,相比传统的基座停控或只控制基座姿态而轨道停轨的方法,极大地提高了系统的适应能力,可同时实现空间大范围的轨道转移、姿态机动,同时利用机械臂对目标进行精确操作控制。通过建立完整的空间多体系统仿真模型,对控制器进行仿真,达到了同时进行轨道、姿态及机械臂末端机动的控制目的,并验证了所提方法的有效性。

     

  • 图 1  空间机器人结构示意图

    Figure 1.  Configuration illustration of space robot

    图 2  伪速率调制器框图

    Figure 2.  Block diagram of pseudo-rate modulator

    图 3  轨道变化(基座质心o0位置)

    Figure 3.  Orbit variation (position of mass center o0 of base of robot)

    图 4  轨道控制发动机喷气脉宽

    Figure 4.  Jet impulse width of orbit control engine

    图 5  轨道控制发动机喷气脉宽换算出的推力

    Figure 5.  Thrust calculated from orbit control engine jet impulse width

    图 6  基座三轴姿态

    Figure 6.  Triaxial attitude of base of robot

    图 7  基座三轴控制力矩

    Figure 7.  Triaxial control torque of base of robot

    图 8  机械臂末端在惯性空间中的位置

    Figure 8.  Position of arm tip of manipulator in inertial space

    图 9  机械臂末端在惯性空间中的姿态

    Figure 9.  Attitude of arm tip of manipulator in inertial space

    图 10  机械臂关节角

    Figure 10.  Joint angles of manipulator

    图 11  机械臂关节控制力矩

    Figure 11.  Control torque of joints of manipulator

    表  1  系统动力学与控制仿真参数

    Table  1.   Parameters of system dynamics and control simulation

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出版历程
  • 收稿日期:  2019-05-05
  • 录用日期:  2019-06-08
  • 刊出日期:  2020-02-20

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