移動(dòng)機(jī)器人分布式協(xié)調(diào)控制的若干研究.pdf

1、多機(jī)器人系統(tǒng)是機(jī)器人學(xué)發(fā)展的一個(gè)新方向.一方面，由于某些任務(wù)的復(fù)雜性，單個(gè)機(jī)器人會(huì)因?yàn)樽陨碛邢薜哪芰Χ鵁o(wú)法完成全部的工作，在這種情況下，多個(gè)機(jī)器人可以通過(guò)相互之間的協(xié)調(diào)共同完成任務(wù).另一方面，通過(guò)多機(jī)器人間的協(xié)調(diào)，可以提高機(jī)器人系統(tǒng)的作業(yè)效率.在多機(jī)器人系統(tǒng)的研究中，多移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制始終是一個(gè)熱點(diǎn)主題.在多移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制領(lǐng)域，一致性問(wèn)題是一個(gè)重要且根本的問(wèn)題，它的應(yīng)用范圍包括編隊(duì)控制、聚集問(wèn)題、蜂擁問(wèn)題等.本論文主要

2、研究了移動(dòng)機(jī)器人多智能體系統(tǒng)的一致性問(wèn)題，首先考慮了移動(dòng)機(jī)器人動(dòng)態(tài)簡(jiǎn)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(wèn)題.然后考慮了基于非線性非完整模型的移動(dòng)機(jī)器人的協(xié)調(diào)控制問(wèn)題，從提高收斂性和抗擾動(dòng)能力角度，對(duì)運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)模型兩種情況，分別設(shè)計(jì)解決了有限時(shí)間控制問(wèn)題.考慮到實(shí)際的許多移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)定位依賴(lài)攝像頭視覺(jué)信息，而視覺(jué)伺服情況顯然增加了控制設(shè)計(jì)的挑戰(zhàn)性.本文最后在前述工作的基礎(chǔ)上，分別考慮了單個(gè)帶視覺(jué)伺服移動(dòng)機(jī)器人的有

3、限時(shí)間控制問(wèn)題以及多個(gè)移動(dòng)機(jī)器人情況下的協(xié)調(diào)控制問(wèn)題.主要研究結(jié)果和貢獻(xiàn)如下:
　　 一、針對(duì)移動(dòng)機(jī)器人的動(dòng)態(tài)簡(jiǎn)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(shí)變通訊時(shí)延的一致性問(wèn)題和魯棒一致性問(wèn)題.首先，運(yùn)用還原法將具有輸入時(shí)延的多智能體系統(tǒng)轉(zhuǎn)換成無(wú)時(shí)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(shí)現(xiàn)一致的充分條件.接著，研究了通訊拓?fù)渲泻袡?quán)值擾動(dòng)的多智能體系統(tǒng)的魯棒一致性，并給出了不依賴(lài)于輸入時(shí)延的魯棒

4、一致性條件.
　　 二、針對(duì)移動(dòng)機(jī)器人動(dòng)態(tài)簡(jiǎn)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(shí)變通訊時(shí)延的一致性問(wèn)題和魯棒一致性問(wèn)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(lái)實(shí)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(shí)延的多智能體系統(tǒng)轉(zhuǎn)換成了無(wú)輸入時(shí)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(jìn)實(shí)現(xiàn)一致的一致性條件.此外，還討論了在通

5、訊網(wǎng)絡(luò)中含有權(quán)值擾動(dòng)的多智能體系統(tǒng)的魯棒一致性，并給出了獨(dú)立于輸入時(shí)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(yùn)用到了多個(gè)非完整移動(dòng)機(jī)器人的編隊(duì)控制中.
　　 三、針對(duì)基于運(yùn)動(dòng)學(xué)模型的具有動(dòng)態(tài)領(lǐng)導(dǎo)者的多個(gè)非完整移動(dòng)機(jī)器人，討論了機(jī)器人的有限時(shí)間編隊(duì)控制問(wèn)題，設(shè)計(jì)了分布式協(xié)調(diào)的有限時(shí)間觀測(cè)器和分布式協(xié)調(diào)的有限時(shí)間控制器.期望的編隊(duì)軌跡由一個(gè)虛擬的領(lǐng)導(dǎo)者表示，僅有部分跟隨者能獲得虛擬領(lǐng)導(dǎo)者的信息，且跟隨者之間可以進(jìn)行局部信

6、息交換.首先，為每個(gè)跟隨者設(shè)計(jì)了連續(xù)的分布式協(xié)調(diào)有限時(shí)間觀測(cè)器，用來(lái)在有限時(shí)間內(nèi)觀測(cè)到領(lǐng)導(dǎo)者的信息.然后，為每個(gè)機(jī)器人設(shè)計(jì)了連續(xù)的分布式協(xié)調(diào)有限時(shí)間跟蹤控制器，使得每個(gè)機(jī)器人有限時(shí)間內(nèi)能達(dá)到期望值并保持期望的編隊(duì).
　　 四、針對(duì)基于動(dòng)力學(xué)模型的多個(gè)非完整移動(dòng)機(jī)器人，從提高收斂性能力的角度方面設(shè)計(jì)了連續(xù)的分布式協(xié)調(diào)有限時(shí)間控制器.首先，將獲得的每個(gè)機(jī)器人的跟蹤誤差動(dòng)態(tài)系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為兩個(gè)子系統(tǒng)，一個(gè)三階子系統(tǒng)和一個(gè)二階子系統(tǒng).然后，對(duì)

7、這兩個(gè)子系統(tǒng)分別進(jìn)行了討論，并對(duì)每個(gè)機(jī)器人設(shè)計(jì)了連續(xù)的分布式協(xié)調(diào)有限時(shí)間跟蹤控制器.在所設(shè)計(jì)的有限時(shí)間控制器作用下，可以證明每個(gè)移動(dòng)機(jī)器人能在有限時(shí)間內(nèi)跟蹤上期望的軌跡.
　　 五、針對(duì)基于運(yùn)動(dòng)學(xué)模型的單個(gè)非完整移動(dòng)機(jī)器人，在攝像機(jī)系統(tǒng)中參數(shù)未知情況下，討論了基于視覺(jué)伺服反饋的單個(gè)非完整移動(dòng)機(jī)器人有限時(shí)間跟蹤控制問(wèn)題，設(shè)計(jì)了有限時(shí)間跟蹤控制器.首先，利用針孔攝像機(jī)模型，介紹了攝像機(jī)目標(biāo)的視覺(jué)運(yùn)動(dòng)學(xué)模型.其次，給出了攝像機(jī)目標(biāo)的視

8、覺(jué)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(dòng)態(tài)，利用有限時(shí)間控制方法，在視覺(jué)參數(shù)未知的情況下，設(shè)計(jì)了連續(xù)的有限時(shí)間跟蹤控制器.
　　 六、針對(duì)基于運(yùn)動(dòng)學(xué)模型的具有動(dòng)態(tài)領(lǐng)導(dǎo)者的多個(gè)非完整移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)，在攝像機(jī)系統(tǒng)中參數(shù)未知情況下，基于視覺(jué)伺服反饋，設(shè)計(jì)了有限時(shí)間跟蹤控制律.動(dòng)態(tài)領(lǐng)導(dǎo)者代表了期望的參考軌跡.領(lǐng)導(dǎo)者的狀態(tài)僅僅由部分跟隨者獲得且跟隨者之間能進(jìn)行局部的信息交換.首先，利用針孔攝像機(jī)模型，給出了每個(gè)機(jī)