مدل سازي ديناميكي و كنترل ربات فضايي متصل به تتر

Dynamic Modeling and Control of a Tethered Space Robot

در اين مطالعه، مدلسازي ديناميكي و كنترل يك ربات فضايي تتر شده 1 در تعقيب مسير پنجه ربات بررسي شده است. با درنظر گرفتن تغييرات طول تتر در مدل، ديناميك سيستم با استفاده از روش لاگرانژ مدل شده است. حركت نوساني يا پاندولي تتر 2 توسط تنظيم طول تتر كنترل شده است و همانند بازوهاي مكانيكي متعارف، كنترل حركت ربات توسط موتورهاي آن انجام گرفته است. واضح است كه در مسئله تعقيب مسير پنجه ربات با نگهداشتن آن در يك موقعيت مشخص، طول تتر كم و بيش بايد ثابت نگه داشته شود. محدود كردن تغييرات طول تتر همزمان با استفاده آن بهعنوان ابزار كنترلي براي كنترل حركت پاندولي تتر، چالش اصلي سيستم كنترلي است. براي حل اين مسئله، يك سيستم كنترلي تركيبي براي كنترل سيستم پيشنهاد شده است. يك روش پيشبيني مدل 3 غيرخطي براي كنترل حركت پاندول تتر و يك روش گشتاورهاي محاسبه شده 4 اصلاح شده براي كنترل حركت بازو بهكار گرفته شدهاند. در ابتدا روش پيشبيني مدل غيرخطي براي يك سيستم فضايي تتر شده ساده توسعه داده شده است و سپس با يك كنترل گشتاور محاسبه شده تركيب شده است. كنترل كننده پيشنهادي براي كنترل حركت انتهاي ربات فضايي برروي يك مسير از پيش تعريف شده، بهكار گرفته شده است، سپس عملكرد كنترل كننده با استفاده از شبيهسازيهاي عددي بررسي شده است.

In present study، dynamic modeling and control of a tethered space robot system in trajectory tracking of its end effector is investigated. Considering variation of the tether length in the model، dynamics of the system is modeled using Lagrange’s method. Librational motion of the tether is controlled by ad justing the tether length sim ilar to conventional manipu lators، control of the robot is performed by its motors. It is clear that، in the trajectory tracking of the end effector، the tether length should be kept more or less constant، keeping them in a stable position. Limiting the tether length variation while using it as a tool for controlling the tether librational motion، is the main challenging part of the control system. To deal with this problem، a hybrid control system is proposed to control the system. A nonlinear model predictive control approach (NMPC) is utilized to control the tether librational motion and a modified computed torque method (CTM) is used to control the manipulator motion. Initially the NMPC controller is developed for a simple tethered satellite system. Then it is combined with the CTM controller. The proposed controller is employed to control motion of a space robot’s end effector on a predefined trajectory. Performance of the controller is then evaluated by numerical simulations.