輪式移動機器人在實際應(yīng)用環(huán)境中,由于存在各種不確定因素對控制系統(tǒng)的性能造成影響,甚至會造成控制系統(tǒng)不穩(wěn)定,從而降低控制系統(tǒng)精確度。非完整輪式移動機器人是典型的多輸入/輸出耦合欠驅(qū)動非線性系統(tǒng),所以一般的光滑狀態(tài)反饋無法應(yīng)用于此類非線性系統(tǒng)。因此針對復雜環(huán)境中不確定性的非完整輪式移動機器人運動控制的研究具有十分重要的意義。本文針對含有不確定性的非完整輪式移動機器人軌跡追蹤運動控制展開研究工作,主要研究內(nèi)容如下。首先對本課題的研究背景和意義進行闡述,分析了復雜環(huán)境中不確定性輪式移動機器人的運動控制策略研究現(xiàn)狀。介紹了輪式移動機器人的非完整約束條件,并對機器人運動學模型與動力學模型進行建模分析。其次針對不考慮輪子發(fā)生打滑,只考慮機器人受不確定因素干擾的情況下,采用干擾觀測器來處理系統(tǒng)中出現(xiàn)的不確定量。在干擾觀測器的基礎(chǔ)上,分別設(shè)計運動學以及動力學控制器。干擾觀測器與運動學虛擬控制器是相互獨立的,在控制系統(tǒng)受到干擾時,通過干擾觀測器的輸出反饋對控制輸入補償。最后仿真驗證基于干擾觀測器的力矩控制算法相比于基于運動學控制算法軌跡跟蹤誤差提高11.428%。再次針對機器人運動過程中只發(fā)生縱向滑動的情況下提出一種自適應(yīng)控制策略。在運動學模型的基礎(chǔ)上設(shè)計虛擬速度控制器,然后引入滑動參數(shù),結(jié)合輔助控制輸入,設(shè)計滑動參數(shù)自適應(yīng)更新律對左右輪的滑動參數(shù)進行在線更新,并利用李雅普諾夫穩(wěn)定性定理證明該方法的穩(wěn)定性。仿真結(jié)果表明所提出的自適應(yīng)滑�？刂品椒ㄅc基于動力學模型的控制算法相比軌跡跟蹤誤差降低1.000%。最后針對輪子發(fā)生側(cè)滑或者打滑的情況下并且存在干擾的問題展開研究。在運動學與動力學模型基礎(chǔ)上設(shè)計輔助控制器,通過干擾觀測器實時估計和補償輪式移動機器人在運動過程中出現(xiàn)的滑動或者側(cè)滑參數(shù),使得機器人的實際運行速度逐漸收斂的理想狀態(tài)。仿真結(jié)果表明該基于干擾觀測器的滑模控制算法與滑�？刂扑惴ㄏ啾雀櫺Ч岣�,左右兩輪軌跡跟蹤準確率分別提高了2.981%和4.315%。
【學位單位】：燕山大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：TP242
【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 課題背景及研究意義
    1.2 輪式移動機器人運動控制策略的研究現(xiàn)狀
    1.3 本文的主要研究內(nèi)容
第2章 復雜環(huán)境中輪式移動機器人建模與分析
    2.1 非完整約束
        2.1.1 完整約束條件
        2.1.2 非完整約束條件
    2.2 非完整輪式移動機器人數(shù)學模型建立
        2.2.1 運動學模型
        2.2.2 動力學模型
    2.3 觀測器控制理論
    2.4 穩(wěn)定性相關(guān)定理
    2.5 本章小結(jié)
第3章 基于力矩模型滑模軌跡跟蹤控制
    3.1 引言
    3.2 建立機器人誤差模型
    3.3 基于運動學模型控制律設(shè)計
    3.4 基于動力學模型的控制器設(shè)計
    3.5 干擾觀測器設(shè)計
    3.6 數(shù)值仿真與數(shù)據(jù)分析
    3.7 本章小結(jié)
第4章 機器人發(fā)生縱向滑動時的自適應(yīng)軌跡追蹤控制
    4.1 引言
    4.2 運動控制器的設(shè)計
    4.3 穩(wěn)定性分析
    4.4 自適應(yīng)控制器設(shè)計
    4.5 數(shù)值仿真與數(shù)據(jù)分析
    4.6 本章小結(jié)
第5章 機器人發(fā)生滑動或者側(cè)滑時的運動控制
    5.1 引言
    5.2 受滑動或側(cè)滑干擾的機器人模型
    5.3 輪式移動機器人發(fā)生滑動時控制方法研究
        5.3.1 運動控制器的設(shè)計
        5.3.2 基于干擾觀測器的動力學控制器設(shè)計
        5.3.3 穩(wěn)定性分析
    5.4 數(shù)值仿真與數(shù)據(jù)分析
    5.5 本章小結(jié)
結(jié)論
參考文獻
攻讀碩士學位期間承擔的科研任務(wù)與主要成果
致謝

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本文編號：2873766