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龙图腾网获悉北京理工大学申请的专利针对多自由度机械臂回收失效卫星的轨迹跟踪控制方法获国家发明授权专利权，本发明授权专利权由国家知识产权局授予，授权公告号为：CN116560235B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2026-01-02发布的发明授权授权公告中获悉：该发明授权的专利申请号/专利号为：202310543808.3，技术领域涉及：G05B13/04；该发明授权针对多自由度机械臂回收失效卫星的轨迹跟踪控制方法是由贺子轩;胡权设计研发完成，并于2023-05-15向国家知识产权局提交的专利申请。

本针对多自由度机械臂回收失效卫星的轨迹跟踪控制方法在说明书摘要公布了：本发明公开的针对多自由度机械臂回收失效卫星的轨迹跟踪控制方法，属于航空航天技术领域。本发明实现方法为：建立机械臂轨迹跟踪的控制方程；对大挠性组合体采用基于Kane方程的自动组集算法建立显式动力学方程，推导得到机械臂的动力学方程，建立机械臂轨迹跟踪的控制方程；基于所述控制方程，设计扩张状态观测器，利用对系统状态的观测实现扰动估计，设计有限时间控制器，提高控制系统对未知扰动鲁棒性，加快姿态稳定的收敛速度；针对回收过程中系统挠性附件产生的振动，加入滤波器进行动态解耦；采用“状态观测器+有限时间姿态控制器”组合的双闭环控制策略进行轨迹跟踪，提高机械臂的跟踪速度和跟踪精度，实现机械臂回收过程的稳定跟踪控制。

本发明授权针对多自由度机械臂回收失效卫星的轨迹跟踪控制方法在权利要求书中公布了：1.针对多自由度机械臂回收失效卫星的轨迹跟踪控制方法，其特征在于：包括以下步骤， 步骤一：建立机械臂轨迹跟踪的控制方程；对大挠性组合体采用基于Kane方程的自动组集算法建立显式动力学方程，推导得到机械臂的动力学方程，从而建立机械臂轨迹跟踪的控制方程，便于步骤二设计控制器； 步骤一实现方法为， 步骤1.1：采用基于Kane方程的自动组集算法建立大挠性组合体的动力学方程为 其中：是系统总体的质量矩阵；u＝[u1Tu2T…unT]T，是系统广义速率依次排列组成的列阵；FA是系统的广义主动力，包括外界施加的力和力矩，以及弹性体的广义内力项；是系统广义惯性力的非线性项； 步骤1.2：根据建立的系统动力学方程1，组合体中机械臂的动力学方程可以写为 其中，θa为机械臂各关节转角列阵，Ma为机械臂标称质量矩阵，但其中不考虑机械臂弹性位移和弹性转角的影响，是各机械臂转角θa的函数，为已知量；ΔMa为质量阵不确定项，主要由机械臂挠性形变、目标星的质量不确定性引起；da为系统的内外扰动之和，包括环境力矩的扰动、服务星星本体运动的扰动、目标星挠性振动的扰动、机械臂挠性振动的扰动以及系统中的未知非线性耦合量；Ta为各关节控制力矩构成的控制力矩向量，为系统的控制输入； 步骤1.3：根据式2，机械臂轨迹跟踪的控制方程进一步变换为 其中，Ua为控制量；aat为方程中总的不确定量，包括系统惯量不确定性导致的控制输入误差以及卫星星体姿态受到的总扰动对机械臂关节运动的影响；且有 Ua＝Ba0Ta aat＝ΔBaTa+Bada Ba＝Ma+ΔMa-1 ΔBa＝Ba-Ba0 经如上处理后，控制方程3则成为有关转角向量θa的二阶微分方程，而Ua为待设计控制量；轨迹跟踪控制即是要设计控制力矩向量Ta，使得 其中，θar分别为期望的机械臂关节角和角速度，由机械臂轨迹规划给出；轨迹规划除给出各关节的期望转角θar和期望角速度外，还给出各关节的期望角加速度 步骤二：基于步骤一建立的机械臂轨迹跟踪控制方程，设计扩张状态观测器，利用对系统状态的观测实现扰动估计，从而为控制补偿提供基础；设计有限时间控制器，提高控制系统对未知扰动的鲁棒性，加快姿态稳定的收敛速度；针对回收过程中系统挠性附件会产生的振动，加入滤波器进行动态解耦；通过采用“状态观测器+有限时间姿态控制器”组合的双闭环控制策略进行轨迹跟踪，提高机械臂的跟踪速度和跟踪精度，实现机械臂回收过程的稳定跟踪控制； 步骤二实现方法为， 步骤2.1：设计扩张状态观测器跟踪机械臂各关节的状态，采用内环补偿加外环反馈的双闭环控制，对实时观测得到的总扰动量进行快速估计和补偿； 步骤2.2：在步骤2.1设计的扩张状态观测器基础上，通过有限时间控制律设计快速终端滑模面和有限时间控制器，提高系统姿态稳定的收敛速度； 步骤2.3：在步骤2.1和2.2设计的组合控制律的基础上，构建一阶线性滤波器进行动态解耦，避免由于挠性附件的振动造成姿控系统中不必要的能量消耗； 步骤2.4：基于步骤2.1所述扩张状态观测器、步骤2.2所述快速终端滑模面和有限时间控制器、步骤2.3所述滤波器，通过采用“状态观测器+有限时间姿态控制器”组合的双闭环控制策略进行轨迹跟踪，提高机械臂的跟踪速度和跟踪精度，实现机械臂回收过程的稳定跟踪控制； 所述“状态观测器+有限时间姿态控制器”组合的双闭环控制策略，内环以机械臂各关节转角的角速度为输入，利用二阶扩张状态观测器输出不确定量的估计值，所述不确定量在外环反馈控制器输出控制量中加以补偿，能够提高轨迹跟踪控制的精度。

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