Operación en órbita de un robot espacial de inserción y extracción con control de impedancia basado en una red neuronal adaptativa
Autores: Liu, Dongbo; Chen, Li
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
2023
Operación en órbita de un robot espacial de inserción y extracción con control de impedancia basado en una red neuronal adaptativa
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Aeroespacial
Palabras clave
Robots espaciales
Operación en órbita
Inserción
Extracción
Control de impedancia
Red neuronal adaptativa
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 30
Citaciones: Sin citaciones
La operación en órbita de inserción y extracción de robots espaciales es una tecnología esencial para el ensamblaje y mantenimiento en órbita, el llenado de combustible de satélites, la recuperación de satélites fallidos, especialmente el ensamblaje modular en órbita de micro-naves espaciales. Por lo tanto, se estudia el control de impedancia de fuerza/postura para la operación en órbita de inserción y extracción. En primer lugar, se deriva el modelo dinámico del sistema de robots espaciales en forma de posición del portador no controlada y actitud controlada utilizando el principio de conservación del momento. A través de las restricciones cinemáticas del componente de reemplazo, se establece la relación de Jacobi del movimiento del conector en el sistema de coordenadas base. En segundo lugar, para lograr el control de fuerza de salida del conector durante la operación en órbita de inserción y extracción, se establece un modelo de impedancia lineal de segundo orden basado en la relación dinámica entre la postura del conector y su fuerza de salida, así como en el principio de control de impedancia. Luego, para mejorar la estabilidad, robustez y adaptabilidad del controlador, se utiliza una Red Neuronal de Función de Base Radial (RBFNN) adaptativa para aproximar las incertidumbres en el modelo dinámico para el control de fuerza/postura del conector. Finalmente, se verifica la estabilidad del sistema mediante el principio de Lyapunov. Los resultados de la simulación muestran que la estrategia de control de impedancia de la red neuronal diseñada puede lograr una precisión de control de menos de rad para el error de seguimiento de actitud del conector, menos de m para su error de seguimiento de posición y menos de 0.5 N para su error de seguimiento de fuerza de salida.
Descripción
La operación en órbita de inserción y extracción de robots espaciales es una tecnología esencial para el ensamblaje y mantenimiento en órbita, el llenado de combustible de satélites, la recuperación de satélites fallidos, especialmente el ensamblaje modular en órbita de micro-naves espaciales. Por lo tanto, se estudia el control de impedancia de fuerza/postura para la operación en órbita de inserción y extracción. En primer lugar, se deriva el modelo dinámico del sistema de robots espaciales en forma de posición del portador no controlada y actitud controlada utilizando el principio de conservación del momento. A través de las restricciones cinemáticas del componente de reemplazo, se establece la relación de Jacobi del movimiento del conector en el sistema de coordenadas base. En segundo lugar, para lograr el control de fuerza de salida del conector durante la operación en órbita de inserción y extracción, se establece un modelo de impedancia lineal de segundo orden basado en la relación dinámica entre la postura del conector y su fuerza de salida, así como en el principio de control de impedancia. Luego, para mejorar la estabilidad, robustez y adaptabilidad del controlador, se utiliza una Red Neuronal de Función de Base Radial (RBFNN) adaptativa para aproximar las incertidumbres en el modelo dinámico para el control de fuerza/postura del conector. Finalmente, se verifica la estabilidad del sistema mediante el principio de Lyapunov. Los resultados de la simulación muestran que la estrategia de control de impedancia de la red neuronal diseñada puede lograr una precisión de control de menos de rad para el error de seguimiento de actitud del conector, menos de m para su error de seguimiento de posición y menos de 0.5 N para su error de seguimiento de fuerza de salida.