捕获载荷下柔性空间机械臂动态响应与自适应控制及振动抑制策略

本文探讨了"捕获载荷冲击漂浮基柔性空间机械臂动力学响应评估与自适应镇定控制及主动抑制"这一主题，发表于2014年的《振动与冲击》期刊，由董揪煌和陈力两位作者从福州大学机械工程及自动化学院撰写。研究焦点在于对空间机械臂在受捕获载荷冲击后的动态响应进行深入分析。 首先，研究者采用假设模态法来近似描述空间机械臂柔性杆的弹性变形，这种方法对于理解非线性系统中复杂振动行为具有重要意义。这种近似方法简化了分析过程，使得工程师可以更好地预测和处理实际操作中的弹性效应。 接着，他们基于第二类拉格朗日方程建立了漂浮基空间机械臂系统的动力学模型，这是力学中的经典工具，它能够精确地捕捉到系统中的力、运动和能量之间的关系。通过这种方式，他们能够计算出机械臂在受到捕获载荷冲击后的精确动力学响应。 文章的核心部分是动力学响应的评估，作者利用动量守恒原理，通过动量冲量法对系统在冲击后的状态进行定量评估，这有助于确定后续控制策略的基础。他们特别关注的是如何确保在捕获载荷碰撞冲击后，空间机械臂能稳定运行，避免出现过度振动或失控的情况。 针对这个问题，研究者设计了一种自适应控制算法。这种算法可以根据机械臂实时的动态特性进行调整，以实现对不稳定状态的快速恢复和镇定控制。这意味着即使在复杂的冲击条件下，机械臂也能保持预期的行为，提高了系统的鲁棒性和可靠性。 同时，为了进一步抑制柔性杆的弹性振动，研究者还设计了线性二次最优控制算法。这种算法优化了控制输入，以最小化振动的能量，从而达到主动抑制的效果。这种方法不仅考虑了系统的稳定性，也兼顾了能量消耗的效率。 最后，作者通过数值仿真验证了所提出的控制算法的有效性。通过计算机模拟，他们展示了在捕获载荷冲击下，经过自适应镇定控制和主动抑制，空间机械臂的动力学响应得到了显著改善，证明了理论分析和实际应用之间的紧密联系。 这篇文章提供了一种实用的方法来处理漂浮基柔性空间机械臂在捕获载荷冲击下的动力学问题，对于提升空间机械臂在极端条件下的性能具有重要的理论和实际价值。