以漂浮基柔性关节空间机械臂为研究对象,在空间机械臂系统模型参数未知且存在外部干扰的情况下,结合系统动量守恒和拉格朗日方程建立了系统动力学方程,利用奇异摄动理论将系统分解为快变子系统和慢变子系统。设计了一种利用改进遗传算法(GA)优化神经网络权值的径向基函数神经网络自适应控制器,通过李雅普诺夫稳定性分析和MATLAB数值仿真分析,证实了所设计的控制器能够确保控制系统在更短的时间内达到稳定,并能够同时保证漂浮基柔性关节空间机械臂关节角和关节角速度均获得高精度的轨迹跟踪。

弹药传输机械臂是坦克自动装弹机系统中的重要组成部分,其易受到坦克车体振动而与炮尾发生碰撞,导致机械臂的工作可靠性变差;引入柔顺驱动能在碰撞时起到缓冲作用,但会引起机械臂的柔性振动,并与车体振动相互耦合,导致跟踪精度降低。针对基础振动以及柔顺特性带来的柔性振动、且具有惯量变化影响下的弹药传输机械臂的轨迹跟踪问题,运用奇异摄动理论引入双时间尺度,将复杂系统降阶解耦,分解为彼此独立的快变子系统和慢变子系统并分别设计控制器进行控制。针对慢变子系统,将基础振动和惯量变化转化为不确定干扰项,采用抗干扰能力较强的神经网络鲁棒控制对机械臂进行轨迹跟踪控制;针对快变子系统,利用速度差值反馈控制器对柔性振动进行抑制。仿真验证了所提出控制算法的鲁棒性,以及对柔性振动的抑制能力。

对于电动静液作动器(Electro-Hydrostatic Actuator,EHA),传统扰动主动补偿控制方法(Active Disturbance Compensation Control Method,ADCM)存在扩张状态观测器(Extended State Obsever,ESO)对噪声敏感、控制器设计需要作动加速度信息的问题。针对以上问题,首先利用奇异摄动理论对EHA数学模型进行合理降阶,然后设计了一种基于滤波估计器(Filter Estimator,FE)的串级扰动估计器。此外,在控制器中加入阻尼自适应函数,设计了阻尼自适应扰动主动补偿控制器(FE-AD-ADCM),从而提高了系统的位置跟踪性能。最后,利用MATLAB/Simulink和Simcenter/AMESim联合仿真平台将该方法分别与传统PI和ADCM控制器进行了详细的仿真对比分析。仿真结果表明,提出的FE-AD-ADCM能有效提升EHA位置跟踪性能和对扰动的估计精度。