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考虑性能约束与执行器故障的空间机械臂容错控制研究
目录
内容概要．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．3
1.1研究背景与意义．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．4
1.1.1空间机器人技术发展现状．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．7
1.1.2机械臂故障问题的迫切性．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．8
1.2国内外研究综述．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．9
1.2.1容错控制理论与方法进展．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．11
1.2.2性能保持与优化研究现状．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．12
1.3主要研究内容与目标．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．15
1.4本文结构安排．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．18
空间机械臂模型与性能分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．22
2.1机械臂动力学模型建立．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．24
2.1.1机器人运动学反解．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．26
2.1.2基于拉格朗日方程的动力学方程．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．29
2.2性能约束条件界定．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．32
2.2.1负载限制．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．37
2.2.2运动学边界．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．38
2.3常见执行器失效模式分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．39
2.3.1驱动器故障．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．42
2.3.2结构损伤．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．44
基于约束的容错控制策略．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．47
3.1典型容错控制方法评述．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．49
3.1.1转移控制法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．50
3.1.2增量控制法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．53
3.2面向性能约束的关节控制律设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．54
3.3容错机制的自适应调整．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．58
考虑执行器故障的分布式控制．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．61
4.1故障检测与诊断方法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．63
4.1.1基于信号处理的方法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．65
4.1.2基于模型的方法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．67
4.2具有失效驱动器的冗余控制设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．69
4.2.1内容综述与问题描述．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．71
4.2.2分布式最优控制分配方案．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．72
4.3仿真验证与结果分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．76
容错控制性能评估与仿真验证．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．81
5.1仿真平台搭建．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．84
5.1.1软件环境．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．87
5.1.2物理实验平台．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．90
5.2不同故障工况下的控制效果仿真．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．92
5.2.1
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