[01638515]基于分布式多智能体的大刚体柔性调姿过程的建模与控制

在现代化的飞机、轮船、机车等大型装备生产线上,大刚体的调姿对接过程是其关键,它关系到整机（船、车）的性能和质量。要求调姿过程柔性好、精度高、效率高。由于大刚体体积大、支撑点多、惯性大,控制点多,控制难度大,如果控制上出现问题就会造成昂贵部件的损坏,从而造成重大损失。 目前由于对大刚体调姿机构的复杂性以及分析理论的不完善等原因,对大刚体调姿过程的控制仅限于静态的运动学控制,还不能达到从动态动力学角度实施优化控制。国内外对大刚体调姿机构在建模与控制方面的研究虽然做了些工作,但很不成熟,远未达到理论指导实践的程度。申请者参加某型飞机装配生产线项目,经过工程问题的困扰,而凝练出 本项目的研究课题。 大刚体调姿机构的控制可以分为基于运动学的控制和基于动力学的控制。前者虽然容易实现,但由于没有考虑调姿机构的动力学模型,并且离心力和克利奥利力等非线性的作用被忽略不计,各个关节之间缺少应有的协调,运动过程中有可能在调姿机构的各个刚体之间产生较大的内力,甚至对机构产生损坏。动力学控制是以调姿机构的动力学模型为基础,充分考虑了调姿机构的动力学特性,以整个调姿机构为被控对象,因此具有更好的性能。动力学控制的优势是建立在调姿机构的动力学模型上,其核心是调姿机构的逆动力学[9]。基于旋量的调姿机构动力学建模方法[10,11,12]得到了广泛的应用。与串联机构相比,并联机构动力学模型的主要困难在于如何处理并联机构的闭链约束[10]。 将动力学控制真正应用到实际系统当中还有一些困难,这主要因为 （1）动力学控制是一种基于模型的控制方法,只有在模型完全准确的前提下,动力学控制的优势才有可能完全发挥出来,但是在实际当中,这是很难满足的。 （2）大刚体调姿机构动力学模型一般是由非线性微分方程来描述的,其参数与大刚体调姿机构的位形和运动速度有密切关系,随着机构的运动,机构位形不断变化,这些参数需要不断更新,而这种实时更新需要大量计算。此外,动力学控制一般需要解大刚体调姿机构逆动力学问题,这也需要大量计算,尤其在高速时,对控制周期要求更加严格。 采用多智能体技术对大刚体调姿机构进行建模和控制可大大降低控制系统的复杂性。智能体（Agent）是在合作环境中有自主行为的实体[23],多个agent通过彼此间的相互作用而构成一有机多智能体系统MAS（Multi-Agent System）。这种系统并行工作,系统状态的演变具有非线性性,MAS不再是被动受制于环境的作用,而是能够自主地改变环境,以符合自己的需要。 纵观人们对大刚体调姿机构运动控制的研究,其重点在于大刚体调姿机构动力学特性的分析研究和对各种控制方法的尝试与应用研究,提高大刚体调姿机构性能指标的手段主要依靠对大刚体调姿机构动力学特性的深入剖析和对大刚体调姿机构动力学模型的不断完善。由于大刚体调姿机构的复杂性以及分析理论的不完善等原因,国内外对大刚体调姿机构在建模与控制方面的研究虽然做了些工作,但很不成熟,远未达到理论指导实践的程度。申请者参加某型飞机装配生产线项目。飞机大刚体调姿、对接装配过程与并联机构的运动调姿过程完全类似。在项目实施过程中,对协同控制精度提出了很高的要求,由于飞机刚体体积大,惯性大,控制点多,控制难度大,如果控制上出现问题就会造成昂贵飞机刚体的损坏,从而造成重大损失。申请者经过工程问题的困扰,而凝练出 本项目的研究课题。 本项目从多智能体角度来研究大刚体调姿机构建模与控制问题,利用多智能体的分布性、并行性、自主性,将复杂的大刚体调姿机构建模等效为多智能体的建模,研究多智能体的动力学模型的性态,多智能体的协作与同步,多智能体运动控制的优化,从而使复杂的大刚体调姿机构的建模与控制得以简化,进而提高大刚体调姿机构的控制精度。