[发明专利]空间绳系机器人近距离抓捕后回收目标的自适应控制方法

说明书

本发明涉及一种空间绳系机器人近距离抓捕后回收目标的自适应控制方法，首先推导了由绳系机器人和被抓捕的目标卫星所组成的复合体，在回收过程中系统的动力学方程，然后通过李雅普诺夫定理，设计了回收过程中的控制力/力矩，设计了复合体动力学参数的辨识律，从而达到复合体的稳定回收。本发明首次提出了待回收复合体的动力学参数辨识律，可以使得整个回收过程，控制量的计算更加精准，从而回收更加平稳。本发明使得空间绳系机器人抓捕非合作目标后所组成的复合体，可以通过系绳拉力稳定快速回收，该方法可以在复合体动力学参数的基础上，克服系绳回收问题中的天然不稳定性，将复合体稳定回收。

技术领域

本发明属于航天器控制技术研究领域，涉及一种空间绳系机器人近距离抓捕后回收目标的自适应控制方法。

背景技术

由于空间绳系机器人在抓捕非合作目标任务时所展现出的灵活、安全、低成本等优越性，空间绳系机器人在太空垃圾清理、失效卫星救助等方面有着潜在应用价值。尤其近年来太空垃圾数量增长迅速，失效卫星(非合作卫星)的清除清理问题已被很多国家提上日程。因为绳系机器人的可机动飞行能力，其在抓捕目标卫星时，主卫星一直处于安全区域。且绳系机器人可多次重复工作。空间绳系机器人被认为是一种可靠的清理失效卫星的方法。

根据不同的动力学和控制特点分类，整个任务可以分成释放/逼近过程，抓捕/抓捕后稳定过程，目标回收过程三个阶段。目前现有的发明专利，其发明点大部分都集中在逼近和抓捕/抓捕后两个阶段：申请号为CN201310018189.2的中国专利提出了一种空间绳系机器人系统逼近目标协调控制方法，使得空间绳系机器人可以稳定逼近目标；申请号为CN201310018221.7的中国发明专利，提出了一种空间绳系机器人目标抓捕后复合体姿态协调控制方法，可以使得新系统快速稳定；目前为止，申请号为 CN201410341359.5的中国发明专利，提出一种基于空间系绳抓捕系统的非合作目标质量辨识方法，为非合作目标抓捕后的自适应稳定回收控制奠定了一定基础。

由于系绳回收本身的负阻尼天然不稳定特性，以及近距离抓捕后复合体姿态对系绳运动影响较大，所以空间绳系机器人与被抓捕目标组成的复合体的近距离回收问题，同时包含了复合体的动力学参数辨识和回收控制两个问题，控制器设计较复杂。回收问题是整个绳系机器人任务的最后一阶段，也是任务成败的关键。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种空间绳系机器人近距离抓捕后回收目标的自适应控制方法，将目标稳定快速回收的自适应方法。

技术方案

一种空间绳系机器人近距离抓捕后回收目标的自适应控制方法，其特征在于步骤如下：

步骤1、建立复合体回收过程的动力学方程：

其中：q为系统广义坐标系，是n×1的列向量；τ是系统的控制输入力/力矩，为n×1的列向量；M(q)是一个n×n的正定且对称的惯性矩阵；是一个n×n矩阵；G(q) 是一个n×1的列向量；

所述系统的广义坐标系q为系统的状态，是时间的函数，q(t)和τ(t)均表示为q和τ；

步骤2、计算回收所需要的控制输入τ：

其中：Ξ为一个正定的且时变矩阵；分别为矩阵M(q)，G(q)的辨识值；K均为正定对称矩阵；系统状态q(t)的期望状态为q_d(t)；

所述为三个惯性矩阵辨识值与真实值的误差；

步骤3、计算复合体的动力学参数的辨识律

其中：是一个动力学回归矩阵，Γ为正定对称矩阵；