实际工程中自由漂浮双臂空间机器人的关节控制输入力矩幅值受限条件会导致常用控制方法失效,针对此条件下的轨迹跟踪控制问题,提出了一种基于状态依赖Riccati方程的优化控制方法。首先,借助增广变量法,将双臂空间机器人系统动力学方程扩展描述成以各关节角度和角速度为状态变量的伪线性表达形式,获得SDC(State-dependent Coefficient)矩阵;其次,基于状态依赖Riccati方程,选取一组合适的权值矩阵,设计优化跟踪控制器;然后,在控制器中加入饱和约束,以解决实际应用过程中关节控制器输入力矩幅值受限的问题;SDRE稳定性引理保证了所设计控制器的渐进稳定性;数值仿真结果验证所提控制方法的有效性。

针对自由漂浮双臂空间机器人惯性参数未知的问题,提出了一种基于状态依赖Riccati方程的两级优化控制方法。首先,基于扩展机械臂方法建立双臂空间机器人自由漂浮状态下的关节空间动力学模型;而后将标称状态变量和实际状态变量作为标称动力学方程的反馈输入量,借助增广变量法,分别得到空间机器人关于关节角度和角速度的类线性标称状态方程和实际状态方程;根据标称状态方程设计离线标称SDRE控制器,并建立其与实际状态方程的误差模型;由此进一步设计在线补偿SDRE控制器补偿标称控制器的跟踪误差。SDRE稳定性引理保证了所设计控制器的渐进稳定性;数值仿真结果验证所提控制方法的有效性。

针对任务空间中基座位置不受控、姿态受控的双臂空间机器人轨迹跟踪控制问题,提出了一种基于状态依赖Riccati方程(SDRE)的优化控制方法。首先,基于关节空间双臂空间机器人的运动学方程和完全驱动动力学方程,推导出机械臂欠驱动动力学方程以及机械臂关节与末端的运动雅可比关系;其次,通过增广状态变量构造SDC(State-dependent Coefficient)矩阵,并基于SDRE控制理论设计优化跟踪控制器,在实现输出力矩能量优化前提下,实现了对双臂空间机器人末端抓手位置与基座姿态的协同轨迹跟踪;最后,利用李雅普诺夫方法证明了系统渐近稳定性,并利用仿真实验验证了所设计控制器的有效性。