基于轮式移动机器人的轨迹跟踪控制

发布时间：2017-10-01 14:14

  本文关键词：基于轮式移动机器人的轨迹跟踪控制

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【摘要】：近年来随着科学技术的进步,机器人的研究受到越来越多的重视,尤其是轮式移动机器人。它在各行各业都得到了广泛的应用,如农业,工业,服务行业,国防事业等。轮式移动机器人可以在恶劣条件下工作,完成人类无法完成的繁重任务。因此,对移动机器人的研究是具有重要的理论意义和实际应用价值。本文将针对移动机器人的轨迹跟踪控制展开研究,解决该类系统的轨迹跟踪控制问题。利用李雅普诺夫函数,反步技术,滑模变结构技术,自适应技术,扰动观测器技术分别设计运动学和动力学控制器以及扰动观测器来解决轮式移动机器人的轨迹跟踪问题。主要内容分为以下四个方面：(1)研究基于轮式移动机器人运动学模型的轨迹跟踪控制问题。根据运动学模型中的d(质心到几何中心的距离)是否为零设计控制器。首先对d=0的情况,选取合适的滑模面与李雅普诺夫函数设计运动学控制器,以保证闭环系统是全局渐近稳定的；进一步给出有限时间控制器,使得轨迹误差在有限时间内收敛到零。再考虑d≠0的情况,选取合适的李雅普诺夫函数设计运动学控制器,使得闭环系统全局渐近稳定。通过计算机仿真验证了所提算法的有效性。(2)考虑具有扰动的轮式移动机器人动力学模型的轨迹跟踪控制问题。首先针对运动学模型设计一个使得位姿误差渐近稳定的虚拟速度控制器；其次,选取合适的滑模面与李雅普诺夫函数,设计滑模变结构力矩控制器和非线性扰动观测器使得实际速度与虚拟速度的误差能够渐近收敛到零,并实现扰动的前馈补偿。最后,通过仿真验证所提算法的有效性。(3)针对具有不确定参数和外部扰动的轮式移动机器人设计了一种自适应滑模控制器。将滑模变结构和李雅普诺夫函数方法相结合,给出一种快速终端滑模控制器保证移动机器人运动学误差系统渐近收敛。针对具有不确定参数和外部扰动的移动机器人动力学模型,对不确定参数和扰动进行在线估计并给出了一种自适应滑模控制器,从而保证闭环系统的全局渐近稳定。最后,通过仿真验证所提算法的有效性。(4)基于扰动观测器技术和自适应控制技术,研究了含有不确定参数和外部扰动轮式移动机器人轨迹跟踪问题。针对d≠0的移动机器人运动学模型,给出一种自适应虚拟速度控制器实现位姿误差的渐近稳定和参数d的在线估计。其次,基于移动机器人动力学模型设计力矩控制器、参数自适应估计和扰动观测器对集总扰动进行估计实现前馈补偿,最终实现实际速度和虚拟速度的误差的渐近收敛。最后,通过Matlab仿真验证所提算法的有效性。
【关键词】：非完整轮式移动机器人 轨迹跟踪 自适应控制 滑模变结构 扰动观测器
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP242
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-16
• 1.1 研究背景及意义10-12
• 1.2 国内外研究现状12-14
• 1.3 论文主要研究内容14-16
• 第二章 基础知识16-26
• 2.1 非完整轮式移动机器人的数学模型16-20
• 2.1.1 运动学数学模型17-18
• 2.1.2 动力学数学模型18-20
• 2.2 滑模变结构控制20-22
• 2.3 自适应控制技术22-24
• 2.4 基于扰动观测器控制24-25
• 2.5 稳定性相关理论25
• 2.6 小结25-26
• 第三章 基于机器人运动学模型的轨迹跟踪控制26-36
• 3.1 引言26
• 3.2 问题描述26-27
• 3.3 基于运动学模型的控制器设计27-30
• 3.3.1 质心与几何中心重合27-29
• 3.3.2 质心与几何中心不重合29-30
• 3.4 数值仿真30-34
• 3.4.1 质心与几何中心重合30-33
• 3.4.2 质心与几何中心不重合33-34
• 3.5 小结34-36
• 第四章 具有扰动的移动机器人滑模轨迹跟踪控制36-46
• 4.1 引言36
• 4.2 问题描述36-37
• 4.3 基于扰动观测器的滑模变结构控制37-41
• 4.3.1 运动学控制器设计38-39
• 4.3.2 动力学控制器设计39-40
• 4.3.3 扰动观测器设计40-41
• 4.4 数值仿真41-44
• 4.5 小结44-46
• 第五章 具有未知参数和扰动的机器人自适应滑模轨迹跟踪控制46-54
• 5.1 引言46-47
• 5.2 问题描述47
• 5.3 自适应滑模控制器设计47-50
• 5.3.1 运动学控制器设计47-49
• 5.3.2 动力学力矩控制器设计49-50
• 5.4 数值仿真50-52
• 5.5 小结52-54
• 第六章 基于扰动观测器的动力学模型的自适应轨迹跟踪控制54-64
• 6.1 引言54-55
• 6.2 问题描述55-56
• 6.3 轨迹跟踪控制方案设计56-60
• 6.3.1 运动学控制器的设计57-58
• 6.3.2 动力学控制器的设计58-59
• 6.3.3 扰动观测器设计59-60
• 6.4 数值仿真60-63
• 6.5 小结63-64
• 第七章 总结与展望64-66
• 7.1 总结64-65
• 7.2 展望65-66
• 参考文献66-72
• 致谢72-74
• 攻读学位期间完成的论文74

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前7条

1 杨芳;王朝立;;具有未知视觉参数的非完整移动机器人的自适应动态反馈跟踪控制[J];信息与控制;2012年01期

2 ;Robust adaptive control for a nonholonomic mobile robot with unknown parameters[J];Journal of Control Theory and Applications;2009年02期

3 马海涛;王永;;输入饱和约束下的非完整移动机器人轨迹跟踪控制[J];中国科学技术大学学报;2009年05期

4 李世华,田玉平;非完整移动机器人的有限时间跟踪控制算法研究[J];控制与决策;2005年07期

5 李世华,田玉平;非完整移动机器人的轨迹跟踪控制[J];控制与决策;2002年03期

6 董文杰,霍伟;受非完整约束移动机器人的跟踪控制[J];自动化学报;2000年01期

7 胡剑波,陈新海;反馈线性化系统的非线性预测滑模控制[J];航空学报;1997年05期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 叶锦华;不确定非完整轮式移动机器人的运动控制研究[D];华南理工大学;2013年

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本文编号：953904