柔性关节空间机械臂建模、控制与仿真

关节是空间机械臂的核心部件,在机械臂动力学中起着重要的作用。精确的关节动力学模型,是机械臂系统设计、分析和控制的基础。以某空间机械臂原理样机为研究对象,建立了考虑关节柔性和摩擦特性的动力学模型。分别利用扭转刚度测试平台和驱动组件性能测试仪,测得了关节的刚度系数和摩擦系数。并进行了考虑关节力矩饱和非线性的PD控制律设计,同时给出了稳定性证明。为消除动力学方程系数矩阵的时变性和刚度矩阵的奇异性,将动力学方程进行等价变换,从而利用精细积分方法进行数值仿真。仿真结果表明,抗饱和非线性PD控制律能够保证机械臂在负载变化范围内,满足位置控制的精度要求。