2014年7月（下）
随着科学技术的进步，人们对太空的探索也逐渐深入。而空间站作为人类历史上规模最大、结构最复杂和技术含量最高的航天器，其不仅是高科技的结晶，更是承载人类太空探索事业的工具。新时期，空间站已然成为支撑人类继续走向更广阔空间的立脚石。为了确保这块立脚石的稳定和可靠，需要对空间站的功能进行完善和提高。其中，机械臂作为空间站的一个重要的机械系统，其操控稳定性及准确性对空间站的功能影响很大。机械臂的主要作用是为空间站的机械维护、操作及控制提供帮助。考虑到外太空特殊苛刻的环境，机械臂的使用要求更加严格。在太空中，为了保证机械臂能够可靠完成任务，需要对其转位进行精准控制。同时，由于机械臂的柔性特征，对于其末端的振动抑制也是非常必要的。本文主要对机械臂的转位控制及其振动抑制进行了研究。 1空间站机械臂的转位控制研究
对于空间站机械臂的转位控制是实现其功能的一个主要方面。由于现代空间站机械臂功能多样，结构复杂。为了完成各种任务，机械臂需要具有很高的自由度，这表现在机械臂具有很多的关节和臂杆。多自由度造成了机械臂控制的困难。特别是基本的转位控制，需要更多的参考坐标和参考基准。为了实现机械臂的转位，人们往往在其关节处安装了谐波齿轮减速器来进行驱动。这能保证关节结构紧凑、重量体
积控制合理及传动效率较高。但是谐波齿轮减速器在工作过程中带来的问题是容易造成机械臂关节产生谐振，这显然会影响到机械臂转位的精准度。为了克服谐振影响，人们增加了转位控制器来对机械臂关节进行控制。但是考虑到外太空恶劣的环境及各种宇宙射线粒子的干扰，控制器本身的抗干扰能力及工作可靠性受到考验。
为了解决空间站机械臂转位控制遇到的困难，人们采取了以下控制技术和手段：
1.1自抗扰控制
自抗扰控制是目前空间站机械臂转位控制的主要方式。该控制方式的主要特征是不依赖于对象模型，基于过程误差来消除误差的非线性控制结构。其主要由三部分组成：跟踪微分器、扩展状态观察器和非线性状态误差反馈控制律。自抗扰控制技术从传统PID 的原理出发，对其优缺点进行了分析总结。同时将现代控制理论的核心观点与现代信号处理技术相结合，构造了一种具有算法简单、控制灵敏且参数易于调节的新型实用控制器。该控制器将影响控制精度的因素归类为“内扰”和“外扰”。通过系统状态观察器完成对控制过程中总扰动的调节和补偿，实现精确控制。
1.2其它控制技术
考虑到机械臂柔性关节的特殊性，人们在对其进行建模分析时，往往用到了“转子———扭簧系统”模
型。依托该模型，人们提出了许多针对柔性关节定位和控制的理论和方法。这其中具有代表性的主要有鲁棒控制、反演控制、神经网络控制、自适应控制以及模糊控制等。为了
实现更加精确可靠的控制，人们还将多种控制方式进行复合，形成综合性较强的控制策略。这些控制方法目前在柔性关节机器人中的应用已经非常普遍。
2空间站机械臂的振动抑制研究
由于空间站机械臂的工作环境处于高度真空状态，因此其在运动过程中受到的阻力几乎为零。同时，考虑到空间站工作任务的要求，机械臂一般相对较长。这使得其末端的振动效应非常明显，且较难控制。由于机械臂末端一般安装有工作装置，因此如果其振动得不到有效抑制，将极大的影响机械臂的工作性能。目前，对于机械臂振动抑制的方法主要分为两种：被动控制方法和主动控制方法。
2.1被动控制方法
数字调制器被动控制方法不需要外界提高能量输入，它主要是通过自身内部的柔性减振结构来完成对机械臂的振动抑制。这种制动抑制方法具有可靠性好、结构相对简单、成本较低等优势。特别是针对高频振动，其抑制效果较好。但是其缺点也非常明显，那就是灵活性较差，对于低频振动的抑制效果不佳，适应能力不足。
2.2主动控制方法
相对于被动控制方法，主动控制增加了外部振动抑制源。该振动抑制源能够根据系统的振动情况，合成相应的振动抑制波形，驱动起振器实现对系统的减振。由于加入了主动抑制装置，该控制方法能够针对不同频率的振动实现减振功能。因此其实用性好、适用面广、减振效果明显。但是由于加入了更多的主动控制装置，其结构较复杂，维护起来比较麻烦。
3结论
随着太空探索的深入，人们对空间站的功能及其安全可靠性提出了更高的要求。对于空间站机械臂的转位控制及其振动抑制，一直以来是人们研究热点。本文主要对这两方面进行了研究分析，并介绍了一些主流的控制方法，希望对相关研究工作提供参考和帮助。
作者简介：李贞，女，河南平顶山人，平顶山工业职业技术学院电力工程学院教师，高校讲师，主要从事机电一体化技术方面的研究；张洛平，男，教授，河南科技大学机电学院先进制造技术研究所教师，硕士研究生导师，主要从事数控技术方面的研究。
[参考文献]
[1]张庆.组合柔性机械臂动力学特性与振动抑制性能的研究[D].南京理工大学,2010.
[2]黎田.柔性关节机械臂及其运动学标定和振动抑制的研究[D].哈尔滨工业大学,2012.
[摘要]随着人类对太空探索的深入，空间站已经成为支撑人类继续走向更广阔空间的立脚石。作为人类历史上规模最大、结构最复杂和技机械钻孔桩
术含量最高的航天器，空间站不仅是高科技的结晶，更是承载人类太空探索事业的工具。而机械臂作为空间站的一个重要的机械系统，其操控稳定性及准确性对空间站的功能影响很大。本文主要对机械臂的转位控制及其振动抑制进行了研究。[关键词]空间站；机械臂转位；振动抑制
间歇式轮转机空间站机械臂转位控制与振动抑制研究
李贞
1,2
张洛平
闪蒸温度1
（1.河南科技大学，河南洛阳471000；2.平顶山工业职业技术学院，河南平顶山467000）
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空间站机械臂转位控制与振动抑制研究
作者：李贞， 张洛平
作者单位：李贞(河南科技大学，河南洛阳 471000; 平顶山工业职业技术学院，河南平顶山 467000)， 张洛平(河南科技大学，河南洛阳,471000)
刊名：
科技风
英文刊名：Technology Wind
甲醇灶
文具盒生产过程年，卷(期)：2014(14)
本文链接：d.wanfangdata/Periodical_kjf201414049.aspx
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