多自主移動(dòng)機(jī)器人的編隊(duì)控制及穩(wěn)定性分析.pdf

1、多自主機(jī)器人系統(tǒng)是目前控制和機(jī)器人研究領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。多自主機(jī)器人系統(tǒng)通過模擬生物之間的某些群體行為從而完成特定的任務(wù)。在多自主機(jī)器人系統(tǒng)中，每個(gè)機(jī)器人按照預(yù)定規(guī)則檢測(cè)周圍環(huán)境，與其鄰近機(jī)器人通訊，并根據(jù)自身獲得的信息決定下一步的行動(dòng)。雖然每個(gè)機(jī)器人只使用了其能獲得的局部信息，但是整個(gè)系統(tǒng)卻能實(shí)現(xiàn)一些全局性的任務(wù)。多機(jī)器人協(xié)作可以提高系統(tǒng)的效率，完成單個(gè)機(jī)器人無法完成的任務(wù)，在軍事監(jiān)測(cè)、搶險(xiǎn)救援、空間及海洋開發(fā)、智能交通系統(tǒng)及其他自

2、動(dòng)化協(xié)作中有廣泛的應(yīng)用前景。多自主機(jī)器人的編隊(duì)控制研究是多機(jī)器人協(xié)調(diào)控制的重要研究問題，非完整性約束下的多移動(dòng)機(jī)器人編隊(duì)控制更是具有非常重要的理論和實(shí)際意義。
　　 論文的第一部分研究非完整性約束下的多移動(dòng)機(jī)器人的分布式隊(duì)形控制問題。本文提出了一個(gè)新的循環(huán)追蹤的控制策略來實(shí)現(xiàn)多移動(dòng)機(jī)器人的分布式隊(duì)形控制。在這個(gè)策略中，每個(gè)移動(dòng)機(jī)器人的前進(jìn)速度和轉(zhuǎn)彎速度分別正比于其追蹤的目標(biāo)機(jī)器人在其前進(jìn)方向和側(cè)向上的投影。運(yùn)用這種策略，最終所有

3、的機(jī)器人將會(huì)以恒定的速度等間隔地在一個(gè)圓周上運(yùn)動(dòng)。該控制策略可以確保機(jī)器人軌跡的最終有界性，且系統(tǒng)只有兩個(gè)穩(wěn)定平衡多邊形。該控制器避免了其他循環(huán)追蹤控制策略中可能出現(xiàn)的問題，如機(jī)器人的軌跡可能發(fā)散到無窮遠(yuǎn)，穩(wěn)定多邊形的個(gè)數(shù)會(huì)隨著機(jī)器人數(shù)量而增加。文中采用偽線性化的方法證明了此控制策略可以保證系統(tǒng)的最終有界性。同時(shí)運(yùn)用根軌跡分析方法，通過分析一個(gè)復(fù)數(shù)多項(xiàng)式得到了平衡點(diǎn)的穩(wěn)定性和收斂性。
　　 論文的第二部分研究非完整性約束下的多移

4、動(dòng)機(jī)器人的分布式集結(jié)問題。我們提出了一個(gè)分布式連續(xù)時(shí)不變的狀態(tài)反饋控制器。在這個(gè)控制器下，每個(gè)移動(dòng)機(jī)器人的前進(jìn)速度和轉(zhuǎn)彎速度分別正比于其相鄰的機(jī)器人在其前進(jìn)方向和側(cè)向上的投影之和。利用圖論的工具，我們證明了該控制器可以使機(jī)器人最終收斂到一點(diǎn)。與其他常見的不連續(xù)或(和)時(shí)變的控制策略相比，我們的控制器簡(jiǎn)單易于實(shí)現(xiàn)。本文還證明了對(duì)一大類典型的具有非線性特性的執(zhí)行器，該控制策略仍然有效。接著同樣采用偽線性化的方法，本文研究證明了動(dòng)態(tài)圖下系統(tǒng)軌