【摘要】：隨著科技的發(fā)展,單移動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)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(shì),逐漸成為機(jī)器人控制領(lǐng)域的熱點(diǎn)研究方向。多移動(dòng)機(jī)器人的編隊(duì)控制研究是多移動(dòng)機(jī)器人協(xié)調(diào)控制的重要研究問(wèn)題,也被普遍認(rèn)為是解決多移動(dòng)機(jī)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(shí)際意義。然而,多移動(dòng)機(jī)器人在為人們帶來(lái)好處的同時(shí),也帶來(lái)了許多具有挑戰(zhàn)性的問(wèn)題,例如如何建立多移動(dòng)機(jī)器人的模型,采用何種控制策略使其保持期望的隊(duì)形。本文針對(duì)多移動(dòng)機(jī)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(yù)測(cè)控制問(wèn)題。本文的主要工作如下:1.基于跟蹤誤差運(yùn)動(dòng)學(xué)模型,研究了單移動(dòng)機(jī)器人路徑跟蹤問(wèn)題。針對(duì)多移動(dòng)機(jī)器人編隊(duì)問(wèn)題,引入各移動(dòng)機(jī)器人所在位置的廣義弧長(zhǎng),以獲得各移動(dòng)機(jī)器人之間的相對(duì)位置,并基于跟蹤誤差運(yùn)動(dòng)學(xué)模型分別給出了多移動(dòng)機(jī)器人編隊(duì)的集中式和分布式模型。2.針對(duì)線性化誤差導(dǎo)致的模型不確定問(wèn)題,將多移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)建模為具有參數(shù)不確定的集中式模型。通過(guò)定義包含路徑跟蹤誤差和相對(duì)位置約束的合作性能指標(biāo),利用Lyapunov穩(wěn)定性理論和LMI技術(shù)設(shè)計(jì)集中式魯棒預(yù)測(cè)控制器。仿真驗(yàn)證所提方法能使各移動(dòng)機(jī)器人跟蹤上各自的設(shè)定路徑并達(dá)到期望的編隊(duì)隊(duì)形。3.針對(duì)集中式控制方法存在計(jì)算量大及可靠性差等問(wèn)題,提出了一種合作分布式魯棒預(yù)測(cè)控制算法解決多移動(dòng)機(jī)器人編隊(duì)問(wèn)題。首先,將移動(dòng)機(jī)器人之間的相對(duì)位置約束引入到性能指標(biāo)中,給出了性能指標(biāo)中具有耦合項(xiàng)的本地優(yōu)化問(wèn)題。進(jìn)而,采用LMI處理方法在線求解本地優(yōu)化問(wèn)題,獲得各子系統(tǒng)的魯棒控制器。
【圖文】：

圖 1-1 多移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)移動(dòng)機(jī)器人技術(shù)是機(jī)器人學(xué)發(fā)展的一個(gè)新方向[18-21]：20 世紀(jì) 70 年代，科研多移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)的軟件層面進(jìn)行了研究；80 年代后期，學(xué)者們開(kāi)始關(guān)注合器人，實(shí)施了 CEBOT、SWARM、ACTRESS、GOFER 等項(xiàng)目，這些項(xiàng)目主行研究；20 世紀(jì)末期，科學(xué)家們開(kāi)始構(gòu)建實(shí)際的多移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)，但是聚在多移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)中的獨(dú)立子系統(tǒng)的通信、運(yùn)動(dòng)等方面；進(jìn)入 21 世紀(jì)后動(dòng)機(jī)器人功能要求的提高，多移動(dòng)機(jī)器人技術(shù)得到了發(fā)展，并成為一個(gè)熱門(mén)多個(gè)領(lǐng)域的學(xué)者進(jìn)行了合作，解決了許多復(fù)雜的綜合性問(wèn)題。據(jù)研究目標(biāo)的不同，近年來(lái)國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)于多移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)的研究主要有體性能的單移動(dòng)機(jī)器人控制研究和提高整體編隊(duì)效果的編隊(duì)控制策略研究

編隊(duì)控制問(wèn)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(wèn)題成為多移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)控制的基本問(wèn)題。通信問(wèn)題的處理是否得當(dāng)直接影響到多移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)中個(gè)體的性能表現(xiàn)，甚至影響到整個(gè)系統(tǒng)的好壞。多移動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)器人個(gè)體之間沒(méi)有直接的信息交換，，而是通過(guò)對(duì)環(huán)境的作用來(lái)間接對(duì)周?chē)囊苿?dòng)機(jī)器人產(chǎn)生影響[51-52]。該通信方式雖然對(duì)通信系統(tǒng)沒(méi)有太高的要求，但是其通信信息的獲取來(lái)源于周?chē)h(huán)境，故對(duì)個(gè)體的信息處理能力要求較高，這就違背了建立多移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)時(shí)降低個(gè)體部件性能的初衷。直接通信方式中，系統(tǒng)中的個(gè)體之間一般通過(guò)無(wú)線局域網(wǎng)直接發(fā)送和接收信息[53]。在多移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)的實(shí)時(shí)控制中，直接通信相比于間接通信對(duì)個(gè)體的信息處理能力要求較低，同時(shí)獲取的信息準(zhǔn)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(duì)其作用目標(biāo)的不同，可以將多移動(dòng)機(jī)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(xué)位授予單位】：浙江工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TP242

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