航空学报 > 2013, Vol. 34 Issue (5): 1222-1231   doi: 10.7527/S1000-6893.2013.0208

空间绳系机器人逼近目标协调控制方法

徐秀栋, 黄攀峰, 孟中杰   

  1. 西北工业大学 航天飞行动力学技术重点实验室, 陕西 西安 710072
  • 收稿日期:2012-06-26 修回日期:2012-08-03 出版日期:2013-05-25 发布日期:2012-08-16
  • 通讯作者: 黄攀峰 男, 博士, 教授。主要研究方向: 空间机器人学、 遥操作, 导航、 制导与控制。 Tel: 029-88460366 E-mail: pfhuang@nwpu.edn.cn E-mail:pfhuang@nwpu.edu.cn
  • 作者简介:徐秀栋 男, 博士研究生。主要研究方向: 空间绳系机器人动力学、 轨迹规划与协调控制。 Tel: 029-88460366 E-mail: 21baoshan@163.com;黄攀峰 男, 博士, 教授。主要研究方向: 空间机器人学、 遥操作, 导航、 制导与控制。 Tel: 029-88460366 E-mail: pfhuang@nwpu.edn.cn
  • 基金资助:

    西北工业大学博士论文创新基金(CX201217);国家自然科学基金(60805034,61005062);航天飞行动力学技术重点实验室开放基金(2012afdl022)

Coordinated Control Method of Space Tethered Robot for Approaching Targets

XU Xiudong, HUANG Panfeng, MENG Zhongjie   

  1. National Key Laboratory of Aerospace Flight Dynamics, Northwestern Polytechnical University, Xi'an 710072, China
  • Received:2012-06-26 Revised:2012-08-03 Online:2013-05-25 Published:2012-08-16
  • Supported by:

    Doctorate Foundation of Northwestern Polytechnical University (CX201217);National Natural Science Foundation of China(60805034,61005062);Open Research Foundation of Science and Technology on Aerospace Flight Dynamics Laboratory(2012afdl022)

摘要:

为了节省空间绳系机器人的末端执行装置在逼近目标卫星过程中推力器所使用的燃料,本文提出一种利用推力器、反作用轮及空间系绳的协调控制方法。首先利用二次型最优控制器(LQR)算法计算出末端执行装置逼近目标所需的理想轨道控制力,然后利用模拟退火算法将所需轨道控制力优化分配到推力器及空间系绳,同时利用时间延迟算法通过反作用轮补偿空间系绳产生的姿态干扰力矩。仿真结果表明,利用该协调控制方法能显著节省末端执行装置上推力器的燃料消耗,有效抑制空间系绳协调控制力产生的姿态干扰,使末端执行装置保持相对稳定的姿态。

关键词: 空间绳系机器人, LQR算法, 协调控制, 模拟退火, 时间延迟

Abstract:

In order to save the thruster fuel of an end effector for a space tethered robot in the process of approaching a target satellite, a coordinated control method is proposed in the paper which utilizes the thruster, the reaction wheel and the space tether. First, this method calculates the ideal orbit control force of the end effector for the approaching target by linear quadratic regulator (LQR) algorithm. Then this force is allocated to the thrusters and space tether through optimization using a simulated annealing algorithm. Simultaneously, the attitude interferential torque of the space tether is compensated through a reaction wheel using the time delay algorithm. The simulation results show that the coordinated control method can significantly save thruster fuel of the end effector, and it also restrains attitude disturbance produced by the coordinated control force of the space tether and maintains relative attitude stability of the end effector.

Key words: space tethered robot, LQR algorithm, coordinated control, simulated annealing, time delay

中图分类号: