[00105577]面向大负载在轨自组装任务的太空机械臂系统稳定控制方法研究

该项目为国家自然科学基金资助面上项目（项目批准号：61573066）。

随着国际航天事业的迅速发展和太空探索的不断深入，空间操作任务越发复杂。太空机械臂因其具有强大的操作能力，常被用来执行大负载在轨自组装任务，即操作具有大质量和大惯量的待组装物体与基座表面相应的接口进行装配，具有广泛的应用前景。

该项目针对太空机械臂执行大负载在轨自组装任务中的系统稳定控制方法展开研究工作， 主要研究成果如下：

1. 考虑系统动力学模型的误差和自组装引起的碰撞/接触扰动，提出了在轨自组装系统封闭链式动力学建模方法，为复杂的刚柔耦合系统动力学分析提供了通用化手段。

2. 针对碰撞可能引起机械臂关节损坏和确保装配过程中太空机械臂的柔顺特性，分别提出了考虑综合指标的太空机械臂装配前优化策略、太空机械臂柔顺控制策略和航天器基座姿态稳定控制策略，保证了太空机械臂在关节损坏和模型参数不确定情况下仍能顺利执行自组装任务。

3. 为确保上述阶段控制模式切换过程的连续性和平滑性，提出了一种太空机械臂轨迹控制与力控制的稳定切换策略，实现了太空机械臂不同运动阶段采用不同控制模型的稳定切换； 建立了一套能够模拟大负载在轨自组装任务的太空机械臂地面综合实验平台，验证了该项目所提的太空机械臂系统稳定控制方法的正确性及有效性。

通过上述研究工作的开展，该项目在封闭链式动力学建模方法、大负载稳定装配控制策略以及面向大负载在轨自组装任务的太空机械臂地面实验验证方法等方面取得重大突破。研究成果对于解决太空机械臂执行大负载在轨自组装问题具有普适性，同时可以为我国空间站的搭建及太空机械臂的在轨应用奠定理论基础，提供技术支撑。