非完整輪式移動機器人的運動控制.pdf

1、非完整約束廣泛存在于輪式機器人、多指機械手、空間機器人等系統中。由于非完整約束的存在，以及系統本質非線性，解決這類系統的控制問題很有挑戰(zhàn)性，因此，研究非完整系統的控制問題具有重要的理論價值和實際意義。 輪式移動機器人是一類典型的非完整系統，其運動控制問題一般可分為三類：路徑跟蹤控制、軌跡跟蹤控制、點鎮(zhèn)定。本文深入研究了輪式移動機器人的軌跡跟蹤控制和點鎮(zhèn)定的相關問題。 在實際應用中，為了保證移動機器人運行的平穩(wěn)性，會限制機

2、器人控制速度的大小。本文第三章以移動機器人的運動學模型為對象，在控制輸入飽和的約束條件下，設計了兩種不同的全局軌跡跟蹤控制器。首先，采用Backstepping思想，設計了非連續(xù)軌跡跟蹤控制器，證明了跟蹤誤差全局一致漸近趨于零；然后，通過選取合適的李雅普諾夫函數，采用李雅普諾夫直接法設計了連續(xù)時變軌跡跟蹤控制器，并且證明了閉環(huán)系統全局一致漸近穩(wěn)定，設計的兩種控制器都具有良好的跟蹤效果，并且都滿足給出的輸入飽和約束條件；最后通過仿真示例分

3、析了控制器參數對跟蹤性能的影響。 進一步，移動機器人的動力學特性會影響實際系統的跟蹤效果，而且移動機器人的負載變化等因素會引起物理參數的變化，同時系統也會受到外部干擾，使移動機器人具有不確定性。本文第四章引入了移動機器人的動力學模型，研究了系統在參數不確定和外部干擾的情況下的軌跡跟蹤控制問題。首先，考慮系統具有參數不確定，利用輸入—輸出反饋線性化技術得到具有非線性不確定項的線性跟蹤誤差模型，基于滑模控制設計了魯棒軌跡跟蹤控制器，

4、并且分析了參數攝動對控制器的影響，給出閉環(huán)系統穩(wěn)定的充分條件；然后，同時考慮系統具有參數不確定和有界外部干擾，通過自適應更新控制器增益，設計了魯棒自適應控制器，抑制了參數不確定和干擾對系統性能的影響，具有良好的跟蹤效果。 非完整系統的一個重要特點是，不存在光滑的靜態(tài)或動態(tài)反饋控制律將系統鎮(zhèn)定到平衡點，因此解決點鎮(zhèn)定問題具有挑戰(zhàn)性。本文第五章研究了移動機器人運動學模型具有參數不確定情況下的點鎮(zhèn)定問題，車輪半徑和兩輪之間的距離參數未