基于滾動時域策略的移動機器人群編隊控制方法研究.pdf

1、移動機器人群編隊控制是機器人群研究領域的重要問題，具有重要的理論和實際意義。
　　本文基于滾動時域控制策略探討了移動機器人群的編隊及避障控制問題。為使研究工作具有系統(tǒng)性和完整性，本文對移動機器人群的編隊控制問題按無障礙物環(huán)境、動態(tài)障礙物環(huán)境和靜態(tài)障礙物環(huán)境三個方面展開，分別研究了相應的控制策略，并進行了控制性能的分析。此外，本文還對隊形隨時間變化的編隊控制進行了研究，提出了一種有效的編隊控制方法。
　　無障礙物環(huán)境下的移動機

2、器人群編隊控制是該領域研究的基礎。與其它方法不同，本文所提出的分布式滾動時域編隊控制策略可有效解決實際系統(tǒng)存在的機器人參數(shù)不確定性和控制量約束問題。通過對每個機器人構(gòu)造能反映機器人耦合狀態(tài)和機器人群合作能力的目標函數(shù)，以及將模型參數(shù)的不確定性轉(zhuǎn)化為不確定擾動問題，實現(xiàn)了機器人群的分布式編隊控制。
　　在動態(tài)障礙物環(huán)境下，對于帶有參數(shù)不確定性和控制量約束的移動機器人群提出了一種避障編隊控制算法。主要包括兩部分內(nèi)容：其一是將障礙物環(huán)境

3、下軌跡規(guī)劃問題轉(zhuǎn)化為一個非凸優(yōu)化問題，通過混合整數(shù)線性規(guī)劃獲得可行的機器人群軌跡；其二是編隊跟蹤問題，將不確定系統(tǒng)的編隊目標優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化為Min-Max問題，并通過求解線性矩陣不等式獲得一種分布式滾動時域編隊控制策略。所提方法可從理論上保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，通過機器人群的運動軌跡的實時規(guī)劃與跟蹤使機器人群能在動態(tài)障礙物環(huán)境中按照指定的隊形實現(xiàn)與障礙物避碰。
　　在靜態(tài)障礙物環(huán)境下，本文結(jié)合勢場函數(shù)提出了一種避障編隊控制方法。通過在終端

4、懲罰項中引入勢場函數(shù)，并構(gòu)造相應的終端約束集實現(xiàn)在一個優(yōu)化框架下同時保證系統(tǒng)穩(wěn)定性和安全性。該方法能夠在分布式控制框架下，從理論上保證閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。文中提出了次優(yōu)化滾動時域控制方法，可以不完全依賴于優(yōu)化求解，只需要構(gòu)造出保證穩(wěn)定性的可行解，從而降低了求解時間。
　　針對設定隊形隨時間變化的情況，本文在分布式控制框架下討論了移動機器人群領航-跟隨結(jié)構(gòu)的編隊控制問題，提出一種耦合系統(tǒng)的分布式次優(yōu)化滾動時域控制方法。為了降低