非完整移動(dòng)機(jī)器人的軌跡跟蹤控制問題研究.pdf

1、輪式移動(dòng)機(jī)器人屬于非完整控制系統(tǒng)，即帶有不可積約束的系統(tǒng)，同時(shí)也是典型的強(qiáng)非線性系統(tǒng)。過去的十幾年中，輪式移動(dòng)機(jī)器人一直是研究和開發(fā)的一個(gè)活躍領(lǐng)域。輪式移動(dòng)機(jī)器人的非完整本質(zhì)是與機(jī)器人的輪子滾動(dòng)無滑動(dòng)這一假設(shè)相關(guān)的。這個(gè)假設(shè)意味著在位姿變量上存在一組不可積的一階微分約束。雖然這些非完整約束減少了機(jī)器人能夠執(zhí)行的瞬時(shí)運(yùn)動(dòng)，但在位姿空間中他們?nèi)匀辉试S全局可控性。這一特性使得輪式移動(dòng)機(jī)器人的反饋控制其設(shè)計(jì)具有挑戰(zhàn)性。在實(shí)踐中，數(shù)以萬計(jì)的由輪式

2、移動(dòng)機(jī)器人從事的實(shí)際應(yīng)用推動(dòng)著輪式移動(dòng)機(jī)器人研究領(lǐng)域的發(fā)展。因此研究帶有非完整約束的移動(dòng)機(jī)器人具有很強(qiáng)的理論和實(shí)際意義。在參考和總結(jié)了大量文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，圍繞輪式機(jī)器人的軌跡跟蹤問題，對軌跡跟蹤控制器設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究。 首先基于非線性反饋方法，對非完整移動(dòng)機(jī)器人的軌跡跟蹤控制問題進(jìn)行了研究。其思想是，建立局部坐標(biāo)系下用直角坐標(biāo)表示的位姿誤差模型，提出非線性狀態(tài)反饋控制律，使閉環(huán)系統(tǒng)狀態(tài)空間方程具有原點(diǎn)孤立平衡狀態(tài)。用李雅普諾夫候

3、選函數(shù)方法，得出在該控制律作用下的閉環(huán)系統(tǒng)在原點(diǎn)具有全局一致漸近穩(wěn)定性的結(jié)論。最后主要通過對圓形軌跡的仿真和對控制參數(shù)的分析，證明了該控制律的有效性。 然后是基于模糊控制方法的軌跡跟蹤控制研究，其思想是，建立非完整移動(dòng)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)數(shù)學(xué)模型，針對大初始偏差問題提出一種誤差模型，設(shè)計(jì)兩個(gè)基于人工駕駛思想的模糊控制器。角速度控制器用距離誤差和角度誤差作為控制量，加速度控制器用距離誤差作為控制量，同時(shí)對角速度和加速度進(jìn)行控制以實(shí)現(xiàn)