采用模糊补偿滑模控制器的空间柔性机械臂振动抑制方法

来源：振动与冲击杂志2024年第7期北京时间：

作者：尚东阳，李小彭，尹猛，李凡杰，周赛男

单位：1. 东北大学机械工程与自动化学院， 沈阳110819； 2. 中国科学院深圳先进技术研究院， 广东 深圳518055

摘要：空间柔性机械臂可以安装于空间站协助宇航员开展在轨维修、航天器交会对接和太空垃圾捕获等任务。空间柔性机械臂因其细长的结构在运动过程中会出现振动现象，进而影响操作精度和飞行安全。为了减弱空间柔性机械臂的振动，本文采用模糊补偿滑模控制策略对空间柔性机械臂的旋转运动进行控制。通过提高空间柔性机械臂的转动控制精度间接的减弱振动。本文首先根据假设模态法描述空间柔性机械臂的变形，使用拉格朗日原理建立了考虑了二维变形的模态和转角耦合的动力学方程。然后，利用模糊规则的万能逼近特性辨识、补偿包括柔性非线性项和外界干扰的动力学模型的不确定成分。接下来，根据李雅普诺夫函数设计模糊补偿滑模控制策略的控制律和自适应律以保证空间柔性机械臂的闭环稳定性。最后，开展了空间柔性机械臂的仿真和物理样机控制实验。实验结果表明模糊补偿滑模控制策略可以有效的提高空间柔性机械臂的转动控制精度，间接的减弱振动幅值。与传统的滑模控制策略相比，本文提出的控制策略可以使转角跟踪误差绝对值的平均值下降17.86%，使横向加速度的标准差下降31.91%。

关键词：空间柔性机械臂；滑模控制；模糊补偿；振动抑制