移動機器人分布式協(xié)調控制的若干研究.pdf

1、多機器人系統(tǒng)是機器人學發(fā)展的一個新方向.一方面，由于某些任務的復雜性，單個機器人會因為自身有限的能力而無法完成全部的工作，在這種情況下，多個機器人可以通過相互之間的協(xié)調共同完成任務.另一方面，通過多機器人間的協(xié)調，可以提高機器人系統(tǒng)的作業(yè)效率.在多機器人系統(tǒng)的研究中，多移動機器人系統(tǒng)的協(xié)調控制始終是一個熱點主題.在多移動機器人系統(tǒng)的協(xié)調控制領域，一致性問題是一個重要且根本的問題，它的應用范圍包括編隊控制、聚集問題、蜂擁問題等.本論文主要

2、研究了移動機器人多智能體系統(tǒng)的一致性問題，首先考慮了移動機器人動態(tài)簡化為一階積分器和二階積分器情況下的多智能體系統(tǒng)的一致性問題.然后考慮了基于非線性非完整模型的移動機器人的協(xié)調控制問題，從提高收斂性和抗擾動能力角度，對運動學和動力學模型兩種情況，分別設計解決了有限時間控制問題.考慮到實際的許多移動機器人系統(tǒng)定位依賴攝像頭視覺信息，而視覺伺服情況顯然增加了控制設計的挑戰(zhàn)性.本文最后在前述工作的基礎上，分別考慮了單個帶視覺伺服移動機器人的有

3、限時間控制問題以及多個移動機器人情況下的協(xié)調控制問題.主要研究結果和貢獻如下:
　　 一、針對移動機器人的動態(tài)簡化為一階積分器情況下的多智能體系統(tǒng)，討論了系統(tǒng)中帶有輸入和時變通訊時延的一致性問題和魯棒一致性問題.首先，運用還原法將具有輸入時延的多智能體系統(tǒng)轉換成無時延的多智能體系統(tǒng).然后，給出了保證所有智能體的狀態(tài)漸近實現(xiàn)一致的充分條件.接著，研究了通訊拓撲中含有權值擾動的多智能體系統(tǒng)的魯棒一致性，并給出了不依賴于輸入時延的魯棒

4、一致性條件.
　　 二、針對移動機器人動態(tài)簡化為二階積分器情況下的多智能體系統(tǒng)，討論了系統(tǒng)中帶有輸入和時變通訊時延的一致性問題和魯棒一致性問題.基于鄰域法則，介紹了一種新型的非線性一致性協(xié)議來實現(xiàn)連續(xù)的二階多智能體系統(tǒng)的局部控制策略.首先，基于模型變換，將具有輸入時延的多智能體系統(tǒng)轉換成了無輸入時延的系統(tǒng).其次，基于Lyapunov-Krasovskii函數(shù)，獲得了保證所有智能體的狀態(tài)漸進實現(xiàn)一致的一致性條件.此外，還討論了在通

5、訊網(wǎng)絡中含有權值擾動的多智能體系統(tǒng)的魯棒一致性，并給出了獨立于輸入時延的一致性條件.最后，把本節(jié)所提出的非線性一致性協(xié)議運用到了多個非完整移動機器人的編隊控制中.
　　 三、針對基于運動學模型的具有動態(tài)領導者的多個非完整移動機器人，討論了機器人的有限時間編隊控制問題，設計了分布式協(xié)調的有限時間觀測器和分布式協(xié)調的有限時間控制器.期望的編隊軌跡由一個虛擬的領導者表示，僅有部分跟隨者能獲得虛擬領導者的信息，且跟隨者之間可以進行局部信

6、息交換.首先，為每個跟隨者設計了連續(xù)的分布式協(xié)調有限時間觀測器，用來在有限時間內觀測到領導者的信息.然后，為每個機器人設計了連續(xù)的分布式協(xié)調有限時間跟蹤控制器，使得每個機器人有限時間內能達到期望值并保持期望的編隊.
　　 四、針對基于動力學模型的多個非完整移動機器人，從提高收斂性能力的角度方面設計了連續(xù)的分布式協(xié)調有限時間控制器.首先，將獲得的每個機器人的跟蹤誤差動態(tài)系統(tǒng)轉化為兩個子系統(tǒng)，一個三階子系統(tǒng)和一個二階子系統(tǒng).然后，對

7、這兩個子系統(tǒng)分別進行了討論，并對每個機器人設計了連續(xù)的分布式協(xié)調有限時間跟蹤控制器.在所設計的有限時間控制器作用下，可以證明每個移動機器人能在有限時間內跟蹤上期望的軌跡.
　　 五、針對基于運動學模型的單個非完整移動機器人，在攝像機系統(tǒng)中參數(shù)未知情況下，討論了基于視覺伺服反饋的單個非完整移動機器人有限時間跟蹤控制問題，設計了有限時間跟蹤控制器.首先，利用針孔攝像機模型，介紹了攝像機目標的視覺運動學模型.其次，給出了攝像機目標的視

8、覺模型與期望參考軌跡之間的跟蹤誤差系統(tǒng).第三，根據(jù)得到的跟蹤誤差動態(tài)，利用有限時間控制方法，在視覺參數(shù)未知的情況下，設計了連續(xù)的有限時間跟蹤控制器.
　　 六、針對基于運動學模型的具有動態(tài)領導者的多個非完整移動機器人系統(tǒng)，在攝像機系統(tǒng)中參數(shù)未知情況下，基于視覺伺服反饋，設計了有限時間跟蹤控制律.動態(tài)領導者代表了期望的參考軌跡.領導者的狀態(tài)僅僅由部分跟隨者獲得且跟隨者之間能進行局部的信息交換.首先，利用針孔攝像機模型，給出了每個機