旋翼飞行机械臂建模控制及规划方法研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 张广玉1,2
|
| 答辩日期 | 2019-05-25 |
| 授予单位 | 中国科学院沈阳自动化研究所 |
| 授予地点 | 沈阳 |
| 导师 | 刘光军 ; 何玉庆 |
| 关键词 | 旋翼飞行机械臂 动力学建模 抗扰动鲁棒控制 时间最优轨迹规划 |
| 学位名称 | 博士 |
| 学位专业 | 机械电子工程 |
| 其他题名 | Modeling, Control and Planning of An Aerial Manipulator |
| 英文摘要 | 本文以动态目标物捕获任务作为应用背景，针对旋翼飞行机械臂系统建模和控制、动态目标物捕获作业过程中的轨迹规划以及旋翼飞行机械臂系统设计展开研究。主要研究内容如下：首先，针对机械臂在作业运动过程中的耦合作用对旋翼无人机动力学影响，提出了基于系统可变惯性参数（质心和转动惯量）的飞行动力学建模方法。由于机械臂的运动会改变整个系统的质量分布，因此，系统的惯性参数变化量能够反映出机械臂的运动。在系统飞行动力学建模时可以引入惯性参数变化量以描述机械臂的运动对旋翼无人机动力学的影响。其次，针对旋翼飞行机械臂系统稳定飞行控制问题，设计了扰动补偿H∞ 鲁棒控制器。该控制器由扰动补偿器和H∞ 鲁棒控制器组成。其中，扰动补偿器用于消除机械臂扰动的影响，用于补偿的扰动力是基于动力学模型中惯性参数变化量和与旋翼无人机的状态耦合项估计而来。H∞鲁棒控制器用于保证扰动估计存在误差时系统的输入输出稳定性。针对旋翼飞行机械臂末端控制问题，设计了基于旋翼飞行机械臂逆运动学的机械臂末端控制器，以补偿旋翼无人机的浮动对的机械臂末端的影响。再次，针对旋翼飞行机械臂的动态目标物捕获任务，提出了基于诱导时间最优模型预测控制，即GTO-MPC（Guidance Time Optimal Mode Predictive Control），的飞行轨迹实时规划方法。该算法通过宽松约束条件下时间最优轨迹的引导，利用MPC的滚动优化策略，可以在每个控制周期内利用反馈信息实时求解时间最短的目标物追逐轨迹。针对追逐过程中环境中的障碍物，提出了一种用动态线性约束表示障碍物的方法，以提高障碍物约束下轨迹求解的效率。结合障碍物的动态线性约束，GTO-MPC 可以实时地求解出具有障碍物避碰能力的时间最优的目标物追逐轨迹。最后，针对旋翼飞行机械臂系统设计，面向抓取作业任务设计并搭建由六旋翼无人机，七自由度轻质机械臂和欠驱动柔顺手爪组成的旋翼飞行机械臂系统。该系统能够完成对地面移动目标物的自主抓取任务。本文的研究工作包括了旋翼飞行机械臂系统建模、控制、动态目标物捕获作业过程中的轨迹规划以及系统设计四方面的内容。仿真和实际系统实验结果验证了本文提出的方法的有效性。 |
| 语种 | 中文 |
| 产权排序 | 1 |
| 页码 | 116页 |
| 源URL | [http://ir.sia.cn/handle/173321/25153]  |
| 专题 | 沈阳自动化研究所_机器人学研究室 |
| 作者单位 | 1.中国科学院大学 2.中国科学院沈阳自动化研究所 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 张广玉. 旋翼飞行机械臂建模控制及规划方法研究[D]. 沈阳. 中国科学院沈阳自动化研究所. 2019. |
入库方式： OAI收割
来源：沈阳自动化研究所
浏览0
下载0
收藏0
其他版本
除非特别说明，本系统中所有内容都受版权保护，并保留所有权利。