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空间机械臂地面竖直方向重力补偿控制系统设计
Design of the Gravity Compensation Control System in the Vertical Direction on the Ground for Space Manipulator

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徐永利 1,2 *   李潇男 1,2,3 *   刘勇 1,2   杨明毅 1,2   刘明洋 1,2  
文摘 为解决大型空间机械臂地面微重力模拟实验问题,设计了一种3维主动悬吊式重力补偿系统.系统主要由水平2维直线运动单元与竖直重力平衡吊挂单元组成,在竖直方向上通过恒张力控制思想实现微重力模拟,并给出了带负载的伺服电机的数学模型.提出一种基于模糊PID(比例―积分―微分)参数整定的力/位混合控制方法,并研究了在未知负载干扰、系统干扰以及机械臂不同运动速度下控制器的控制性能.仿真实验结果表明,该控制方法能够将重力补偿精度保持在0:3%F:S (全量程)之内,使得系统具有较强的鲁棒性和动态响应能力.
其他语种文摘 In order to solve the problem of ground microgravity simulation experiment of large space manipulator, a threedimensional active suspension gravity compensation system is designed. The system is mainly composed of a horizontal two-dimensional linear motion unit and a vertical gravity balance suspension unit. The microgravity simulation is realized by the idea of constant tension control in the vertical direction. The mathematical model of the servo motor with load is given. A hybrid force/position control method based on fuzzy PID (proportional-integral-differential) parameter tuning is proposed. The control performance of the controller with unknown load and system interference under the different motion speeds of the manipulator is studied. The simulation results show that the control method can keep the gravity compensation accuracy within 0:3%F:S (full scale), and the system has strong robustness and dynamic response capability.
来源 机器人 ,2020,42(2):191-198 【核心库】
DOI 10.13973/j.cnki.robot.190042
关键词 空间机械臂 ; 微重力模拟 ; 恒张力控制 ; 模糊PID(比例―积分―微分)控制 ; 力/位混合控制
地址

1. 中国科学院沈阳自动化研究所, 辽宁, 沈阳, 110016  

2. 中国科学院机器人与智能制造创新研究院, 辽宁, 沈阳, 110169  

3. 中国科学院大学, 北京, 100049

语种 中文
文献类型 研究性论文
ISSN 1002-0446
学科 航天(宇宙航行)
文献收藏号 CSCD:6766448

参考文献 共 11 共1页

1.  徐文福. 空间机器人微重力模拟实验系统研究综述. 机器人,2009,31(1):88-96 被引 45    
2.  陈三风. 空间微重力环境地面模拟系统的控制器设计. 机器人,2008,30(3):201-204 被引 7    
3.  林旭梅. 地面失重实验系统的控制器设计. 中国科学技术大学学报,2008,38(5):542-548 被引 4    
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8.  Bu W H. Rate-position-point hybrid control mode for teleoperation with force feedback. 2016 International Conference on Advanced Robotics and Mechatronics,2016:420-425 被引 1    
9.  张钊. 永磁同步电机伺服控制系统建模与仿真. 兵工自动化,2014,33(4):75-78 被引 1    
10.  Xu J W. Design of adaptive fuzzy PID tuner using optimization method. 5th World Congress on Intelligent Control and Automation,2004:454-458 被引 1    
11.  Huang Y. A general practical design method for fuzzy PID control from conventional PID control. 9th IEEE International Conference on Fuzzy Systems,2000:969-972 被引 1    
引证文献 4

1 齐乃明 航天器微低重力模拟及试验技术 宇航学报,2020,41(6):770-779
被引 10

2 高海波 悬吊式微低重力环境模拟技术研究现状与展望 航空学报,2021,42(1):523911
被引 0 次

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