非完整系統(tǒng)若干控制問題的研究.pdf

1、非完整約束廣泛存在于輪式移動(dòng)機(jī)器人、柔性機(jī)械手、人造衛(wèi)星、航天飛機(jī)等系統(tǒng)中。非完整約束的存在使得這些系統(tǒng)更加難以控制，但是其可控性的特點(diǎn)又使得對其控制問題的研究和工程實(shí)現(xiàn)更具挑戰(zhàn)性。因此，對非完整系統(tǒng)的控制問題的研究具有重要的理論意義和廣闊的應(yīng)用前景。 本文針對運(yùn)動(dòng)規(guī)劃、鎮(zhèn)定和軌跡跟蹤三方面的問題，對非完整系統(tǒng)的控制作了較廣泛和深入的研究，主要內(nèi)容有： 1．以非完整鏈?zhǔn)较到y(tǒng)為對象，研究了運(yùn)動(dòng)規(guī)劃問題。首先提出了一種基于B

2、ang-Bang控制的切換策略設(shè)計(jì)方法，利用此方法得到的切換策略能在有限的時(shí)間內(nèi)，經(jīng)過控制輸入的有限次切換，使得非完整單鏈系統(tǒng)從有界的初始狀態(tài)運(yùn)動(dòng)到終止?fàn)顟B(tài)。然后，針對傳統(tǒng)Bang-Bang控制下，控制輸入的劇烈變化對系統(tǒng)造成的不利影響，又提出了一種柔化Bang-Bang控制設(shè)計(jì)方法，這種方法減小了Bang-Bang控制輸入的變化幅度。最后將柔化Bang-Bang控制的設(shè)計(jì)方法推廣到非完整多鏈系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了非完整多鏈系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃。

3、 2．以非完整鏈?zhǔn)较到y(tǒng)和一類不能化為鏈?zhǔn)綐?biāo)準(zhǔn)型的非完整系統(tǒng)為對象，研究了鎮(zhèn)定控制問題。首先針對非完整單鏈系統(tǒng)提出了一種基于不變流形，迭代求解控制律的方法，利用此方法設(shè)計(jì)了非連續(xù)時(shí)不變反饋控制律，同時(shí)得到了在該控制律作用下，n維非完整單鏈系統(tǒng)各狀態(tài)的解析解。然后將此方法擴(kuò)展到帶有m+1個(gè)輸入的m鏈非完整系統(tǒng)，解決了此類系統(tǒng)的局部反饋鎮(zhèn)定問題。最后針對一類不能化為鏈?zhǔn)綐?biāo)準(zhǔn)型的非完整系統(tǒng)，提出了非連續(xù)時(shí)不變反饋控制律和時(shí)變連續(xù)反饋控制律，分

4、別實(shí)現(xiàn)了其局部和全局的反饋鎮(zhèn)定控制，并針對系統(tǒng)中參數(shù)不確定的情況，設(shè)計(jì)了兩種自適應(yīng)反饋控制律，即自適應(yīng)非連續(xù)時(shí)不變控制律和自適應(yīng)連續(xù)時(shí)變控制律，實(shí)現(xiàn)了此類系統(tǒng)存在不確定參數(shù)時(shí)的反饋鎮(zhèn)定控制。 3．以兩類輪式機(jī)器人為對象，研究了非完整系統(tǒng)的軌跡跟蹤控制問題。首先通過對一類幾何中心與輪軸中心不重合的移動(dòng)機(jī)器人跟蹤控制的研究，應(yīng)用Lyapunov直接法和Barbalat引理證明了其全局漸近跟蹤控制律的存在性，并構(gòu)造出軌跡跟蹤控制律，用

5、此跟蹤控制律實(shí)現(xiàn)了目標(biāo)輸入定常和時(shí)變時(shí)，對同結(jié)構(gòu)目標(biāo)機(jī)器人的全局漸近跟蹤。然后通過對四輪移動(dòng)機(jī)器人的跟蹤控制的研究，應(yīng)用Backstepping方法和Lyapunov理論證明了此類系統(tǒng)漸近跟蹤控制律的存在性，并導(dǎo)出了反饋跟蹤控制律。最后通過仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)的反饋跟蹤控制律的控制性能。 4．通過對一個(gè)實(shí)際輪式移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)的控制，驗(yàn)證了以上提出的幾種控制方法的控制性能，通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果，分析了所提方法在魯棒性等方面的不足。提出了一