雷荣华, 陈 力

(福州大学机械工程及自动化学院，福州 350116)

0 引 言

空间机械臂可以完成出舱采样、失效卫星捕获、航天器在轨燃油充注及精细维修等一系列高风险的空间任务[1-2]。因此，空间机械臂的动力学、运动学及控制技术已成为当今世界各航天大国关注的焦点。随着我国探月工程的启动与载人航天工程的深化实施，空间机械臂将在未来的空间操纵领域发挥更大的作用[3-5]。需要指出的是，空间机械臂在地面重力、压强与温度环境下装调完毕，各部件都能正常运行，然而一旦进入微重力、零压强、大温差与强辐射的真空环境中，机械臂及其附件的力学性能会发生较大的变化，从而导致执行器与传感器发生未知因素的部分失效故障。其中，执行器由于长期频繁地执行控制指令，其失效几率更大。值得一提的是，空间操纵的一项重要任务就是利用机械臂末端抓手捕获慢旋或翻滚的非合作目标卫星，并在短时间内消除抓手与目标卫星之间的径向相对角速度，实现两者的同步运动，从而达到消旋的目的；这类任务通常对机械臂的运动控制精度要求极高[6-7]。考虑到执行器作为整个控制系统的核心部件，因此研究其部分失效故障的容错控制尤为重要。需要指出的是，空间机械臂的载体是自由漂浮的在轨航天器，整个系统满足非完整动力学约束条件[8-9]，机械臂的运动会对载体的姿态造成干扰；因此，与基座固定的工业机械臂相比，空间机械臂的算法设计更为棘手。……