【摘要】：隨著科技的發(fā)展,單移動機器人已經(jīng)不能滿足不斷提高的控制系統(tǒng)性能需求。多移動機器人協(xié)調(diào)控制以其更好的智能性和自適應(yīng)等優(yōu)勢,逐漸成為機器人控制領(lǐng)域的熱點研究方向。多移動機器人的編隊控制研究是多移動機器人協(xié)調(diào)控制的重要研究問題,也被普遍認為是解決多移動機器人協(xié)調(diào)控制最有效的途徑之一,具有重要的理論和實際意義。然而,多移動機器人在為人們帶來好處的同時,也帶來了許多具有挑戰(zhàn)性的問題,例如如何建立多移動機器人的模型,采用何種控制策略使其保持期望的隊形。本文針對多移動機器人系統(tǒng),將其建模為具有參數(shù)不確定的狀態(tài)空間模型,利用Lyapunov穩(wěn)定性定理和線性矩陣不等式技術(shù),分別研究了集中式和分布式模型預測控制問題。本文的主要工作如下:1.基于跟蹤誤差運動學模型,研究了單移動機器人路徑跟蹤問題。針對多移動機器人編隊問題,引入各移動機器人所在位置的廣義弧長,以獲得各移動機器人之間的相對位置,并基于跟蹤誤差運動學模型分別給出了多移動機器人編隊的集中式和分布式模型。2.針對線性化誤差導致的模型不確定問題,將多移動機器人系統(tǒng)建模為具有參數(shù)不確定的集中式模型。通過定義包含路徑跟蹤誤差和相對位置約束的合作性能指標,利用Lyapunov穩(wěn)定性理論和LMI技術(shù)設(shè)計集中式魯棒預測控制器。仿真驗證所提方法能使各移動機器人跟蹤上各自的設(shè)定路徑并達到期望的編隊隊形。3.針對集中式控制方法存在計算量大及可靠性差等問題,提出了一種合作分布式魯棒預測控制算法解決多移動機器人編隊問題。首先,將移動機器人之間的相對位置約束引入到性能指標中,給出了性能指標中具有耦合項的本地優(yōu)化問題。進而,采用LMI處理方法在線求解本地優(yōu)化問題,獲得各子系統(tǒng)的魯棒控制器。
【圖文】：

圖 1-1 多移動機器人系統(tǒng)移動機器人技術(shù)是機器人學發(fā)展的一個新方向[18-21]：20 世紀 70 年代，科研多移動機器人系統(tǒng)的軟件層面進行了研究；80 年代后期，學者們開始關(guān)注合器人，實施了 CEBOT、SWARM、ACTRESS、GOFER 等項目，這些項目主行研究；20 世紀末期，科學家們開始構(gòu)建實際的多移動機器人系統(tǒng)，但是聚在多移動機器人系統(tǒng)中的獨立子系統(tǒng)的通信、運動等方面；進入 21 世紀后動機器人功能要求的提高，多移動機器人技術(shù)得到了發(fā)展，并成為一個熱門多個領(lǐng)域的學者進行了合作，解決了許多復雜的綜合性問題。據(jù)研究目標的不同，近年來國內(nèi)外學者對于多移動機器人系統(tǒng)的研究主要有體性能的單移動機器人控制研究和提高整體編隊效果的編隊控制策略研究

編隊控制問題的研究主要包含了通信方式、控制結(jié)構(gòu)及具體的控制方法。通信問題成為多移動機器人系統(tǒng)控制的基本問題。通信問題的處理是否得當直接影響到多移動機器人系統(tǒng)中個體的性能表現(xiàn)，甚至影響到整個系統(tǒng)的好壞。多移動機器人系統(tǒng)的通信體系結(jié)構(gòu)主要分為間接通信和直接通信。間接通信方式中的各移動機器人個體之間沒有直接的信息交換，，而是通過對環(huán)境的作用來間接對周圍的移動機器人產(chǎn)生影響[51-52]。該通信方式雖然對通信系統(tǒng)沒有太高的要求，但是其通信信息的獲取來源于周圍環(huán)境，故對個體的信息處理能力要求較高，這就違背了建立多移動機器人系統(tǒng)時降低個體部件性能的初衷。直接通信方式中，系統(tǒng)中的個體之間一般通過無線局域網(wǎng)直接發(fā)送和接收信息[53]。在多移動機器人系統(tǒng)的實時控制中，直接通信相比于間接通信對個體的信息處理能力要求較低，同時獲取的信息準確性較高，所以目前直接通信方式應(yīng)用較為廣泛。根據(jù)控制器對其作用目標的不同，可以將多移動機器人系統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)分為集中式控制、分布式控制和分層遞階式控制，如圖 1-2 所示。
【學位授予單位】：浙江工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TP242

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本文編號：2539962