控制与决策

作者：姚勇,丁力,马瑞,王尧尧

单位：江苏理工学院 机械工程学院,江苏 常州 213001,,江苏理工学院 机械工程学院,江苏 常州 213001,,江苏理工学院 机械工程学院,江苏 常州 213001,,南京航空航天大学 机电学院,南京 210016,

关键词：空中机械臂;绳驱动;分数阶;非奇异终端滑模;线性扩张状态观测器;超螺旋算子

基金：国家自然科学基金项目(52005231,52175097)；常州市社会发展科技支撑项目(CE20215050).

空中机械臂在外部环境交互作业方面表现出很强的研究和应用价值,但当前系统位姿控制性能较弱、负载能力不足以及续航时间短的问题严重制约其作业能力的提升.鉴于此,设计一种带有绳驱动机械臂的新型空中机械臂系统,并将引入绳驱动机制带来的柔性效应等价到关节处,建立考虑关节柔性的刚柔耦合动力学模型.首先,针对系统在集总干扰下的关节空间轨迹跟踪控制,采用线性扩张状态观测器对集总干扰进行估计和补偿,并采用超螺旋算子和分数阶非奇异终端滑模以保证系统在到达阶段和滑模阶段均有较好的控制性能;然后,在Lyapunov稳定性框架下验证所设计控制器的稳定性;最后,通过可视化仿真和地面实验对所设计控制器的有效性进行验证.实验结果表明,所设计的鲁棒控制器比其他两种现有的控制器具有更快的响应速度、更强的抗干扰能力以及更高的跟踪精度,能够满足绳驱动空中机械臂的控制需求.

来源：2023年第4期

《控制与决策》期刊编辑部

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