輪式移動(dòng)機(jī)器人在實(shí)際應(yīng)用環(huán)境中,由于存在各種不確定因素對(duì)控制系統(tǒng)的性能造成影響,甚至?xí)斐煽刂葡到y(tǒng)不穩(wěn)定,從而降低控制系統(tǒng)精確度。非完整輪式移動(dòng)機(jī)器人是典型的多輸入/輸出耦合欠驅(qū)動(dòng)非線性系統(tǒng),所以一般的光滑狀態(tài)反饋無(wú)法應(yīng)用于此類非線性系統(tǒng)。因此針對(duì)復(fù)雜環(huán)境中不確定性的非完整輪式移動(dòng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制的研究具有十分重要的意義。本文針對(duì)含有不確定性的非完整輪式移動(dòng)機(jī)器人軌跡追蹤運(yùn)動(dòng)控制展開(kāi)研究工作,主要研究?jī)?nèi)容如下。首先對(duì)本課題的研究背景和意義進(jìn)行闡述,分析了復(fù)雜環(huán)境中不確定性輪式移動(dòng)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制策略研究現(xiàn)狀。介紹了輪式移動(dòng)機(jī)器人的非完整約束條件,并對(duì)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)模型與動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行建模分析。其次針對(duì)不考慮輪子發(fā)生打滑,只考慮機(jī)器人受不確定因素干擾的情況下,采用干擾觀測(cè)器來(lái)處理系統(tǒng)中出現(xiàn)的不確定量。在干擾觀測(cè)器的基礎(chǔ)上,分別設(shè)計(jì)運(yùn)動(dòng)學(xué)以及動(dòng)力學(xué)控制器。干擾觀測(cè)器與運(yùn)動(dòng)學(xué)虛擬控制器是相互獨(dú)立的,在控制系統(tǒng)受到干擾時(shí),通過(guò)干擾觀測(cè)器的輸出反饋對(duì)控制輸入補(bǔ)償。最后仿真驗(yàn)證基于干擾觀測(cè)器的力矩控制算法相比于基于運(yùn)動(dòng)學(xué)控制算法軌跡跟蹤誤差提高11.428%。再次針對(duì)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)過(guò)程中只發(fā)生縱向滑動(dòng)的情況下提出一種自適應(yīng)控制策略。在運(yùn)動(dòng)學(xué)模型的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)虛擬速度控制器,然后引入滑動(dòng)參數(shù),結(jié)合輔助控制輸入,設(shè)計(jì)滑動(dòng)參數(shù)自適應(yīng)更新律對(duì)左右輪的滑動(dòng)參數(shù)進(jìn)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)滑模控制方法與基于動(dòng)力學(xué)模型的控制算法相比軌跡跟蹤誤差降低1.000%。最后針對(duì)輪子發(fā)生側(cè)滑或者打滑的情況下并且存在干擾的問(wèn)題展開(kāi)研究。在運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)模型基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)輔助控制器,通過(guò)干擾觀測(cè)器實(shí)時(shí)估計(jì)和補(bǔ)償輪式移動(dòng)機(jī)器人在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中出現(xiàn)的滑動(dòng)或者側(cè)滑參數(shù),使得機(jī)器人的實(shí)際運(yùn)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(cè)器的滑�？刂扑惴ㄅc滑�？刂扑惴ㄏ啾雀櫺Ч岣�,左右兩輪軌跡跟蹤準(zhǔn)確率分別提高了2.981%和4.315%。
【學(xué)位單位】：燕山大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)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(dòng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制策略的研究現(xiàn)狀
    1.3 本文的主要研究?jī)?nèi)容
第2章 復(fù)雜環(huán)境中輪式移動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)器人數(shù)學(xué)模型建立
        2.2.1 運(yùn)動(dòng)學(xué)模型
        2.2.2 動(dòng)力學(xué)模型
    2.3 觀測(cè)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(jī)器人誤差模型
    3.3 基于運(yùn)動(dòng)學(xué)模型控制律設(shè)計(jì)
    3.4 基于動(dòng)力學(xué)模型的控制器設(shè)計(jì)
    3.5 干擾觀測(cè)器設(shè)計(jì)
    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(jī)器人發(fā)生縱向滑動(dòng)時(shí)的自適應(yīng)軌跡追蹤控制
    4.1 引言
    4.2 運(yùn)動(dòng)控制器的設(shè)計(jì)
    4.3 穩(wěn)定性分析
    4.4 自適應(yīng)控制器設(shè)計(jì)
    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(jī)器人發(fā)生滑動(dòng)或者側(cè)滑時(shí)的運(yùn)動(dòng)控制
    5.1 引言
    5.2 受滑動(dòng)或側(cè)滑干擾的機(jī)器人模型
    5.3 輪式移動(dòng)機(jī)器人發(fā)生滑動(dòng)時(shí)控制方法研究
        5.3.1 運(yùn)動(dòng)控制器的設(shè)計(jì)
        5.3.2 基于干擾觀測(cè)器的動(dòng)力學(xué)控制器設(shè)計(jì)
        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(xiàn)
攻讀碩士學(xué)位期間承擔(dān)的科研任務(wù)與主要成果
致謝

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