基于非线性级联系统的弹性关节空间机器人新型滑模控制1)

梁 捷 秦开宇 陈 力

∗(电子科技大学航空航天学院，成都611731)

†(中国空气动力研究与发展中心，四川绵阳621000)

∗∗(福州大学机械工程及自动化学院，福州350116)

空间机器人系统能在航天器在轨服务技术中发挥重要作用[1-9]。在以往的研究中，许多学者关注了空间机器人系统中机械臂臂杆的柔性控制问题[10-13]。但需引起注意的是，弹性关节控制被认为比臂杆柔性控制更具挑战性[14-15]。由于空间机器人关节系统设计中使用了大量谐波减速器等柔性元件，因此在空间机器人控制系统设计中若不考虑关节弹性振动，将会对控制精度及稳定性造成很大影响[14-16]。

当前，弹性关节空间机器人的控制算法主要分为奇异摄动法[14,17]和基于柔性补偿的奇异摄动法两类[18]。刘福才等[17]基于奇异摄动法，将柔性关节空间机器人分解为快、慢变子系统，并分别设计控制器，但该方法仅适用于弹性关节刚度较大的情况；陈志勇等[18]建立了基于柔性补偿的奇异摄动修正模型并设计控制器，虽然可以应用于刚度较小柔性关节空间机器人的控制中，但随着关节柔性刚度的进一步减小，控制效果并不理想。再者，由于奇异摄动分解理论的束缚，以上两类控制算法很难运用于位置不控、姿态受控的空间机器人动力学模型。

近年来，滑模控制在空天领域得到广泛应用[19-21]。戴巧莲等[22]提出了一种基于干扰观测器的空间机器人反步控制算法，但其观测器设计的不足是：需测量角加速度，同时要求质量阵中主对角线上的项必须为常数；……