非完整輪式移動機(jī)器人的運(yùn)動控制.pdf

1、非完整約束廣泛存在于輪式機(jī)器人、多指機(jī)械手、空間機(jī)器人等系統(tǒng)中。由于非完整約束的存在，以及系統(tǒng)本質(zhì)非線性，解決這類系統(tǒng)的控制問題很有挑戰(zhàn)性，因此，研究非完整系統(tǒng)的控制問題具有重要的理論價值和實(shí)際意義。 輪式移動機(jī)器人是一類典型的非完整系統(tǒng)，其運(yùn)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(diǎn)鎮(zhèn)定。本文深入研究了輪式移動機(jī)器人的軌跡跟蹤控制和點(diǎn)鎮(zhèn)定的相關(guān)問題。 在實(shí)際應(yīng)用中，為了保證移動機(jī)器人運(yùn)行的平穩(wěn)性，會限制機(jī)

2、器人控制速度的大小。本文第三章以移動機(jī)器人的運(yùn)動學(xué)模型為對象，在控制輸入飽和的約束條件下，設(shè)計了兩種不同的全局軌跡跟蹤控制器。首先，采用Backstepping思想，設(shè)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(shù)，采用李雅普諾夫直接法設(shè)計了連續(xù)時變軌跡跟蹤控制器，并且證明了閉環(huán)系統(tǒng)全局一致漸近穩(wěn)定，設(shè)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(shù)對跟蹤性能的影響。 進(jìn)一步，移動機(jī)器人的動力學(xué)特性會影響實(shí)際系統(tǒng)的跟蹤效果，而且移動機(jī)器人的負(fù)載變化等因素會引起物理參數(shù)的變化，同時系統(tǒng)也會受到外部干擾，使移動機(jī)器人具有不確定性。本文第四章引入了移動機(jī)器人的動力學(xué)模型，研究了系統(tǒng)在參數(shù)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(tǒng)具有參數(shù)不確定，利用輸入—輸出反饋線性化技術(shù)得到具有非線性不確定項的線性跟蹤誤差模型，基于滑?？刂圃O(shè)計了魯棒軌跡跟蹤控制器，

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