非完整轮式移动机器人的反馈镇定和轨迹跟踪控制研究

摘要

随着社会发展和科技进步,移动机器人技术和系统研发越来越受到重视,也在工业、农业、国防和服务等领域得到了广泛应用,以代替人类完成很多繁重或恶劣条件下人类无法胜任的工作。对移动机器人而言,其自主导航和运动控制技术是实现本体智能化的关键,具有重要的理论意义和工程应用价值。本文的研究工作围绕着非完整轮式移动机器人运动控制中的反馈镇定和轨迹跟踪两大关键技术,利用滑模变结构和终端滑模变结构控制技术和方法,分别针对运动学和动力学模型设计了新的反馈镇定和轨迹跟踪控制律,以提高移动机器人的运动控制精度。主要研究工作和成果如下:
　　1.对非完整约束和轮式移动机器人的非完整特性进行了分析,建立了约束理想情况下双轮差分驱动轮式移动机器人的运动学模型和动力学模型,为轮式移动机器人的反馈镇定和轨迹跟踪控制奠定了基础。
　　2.将非完整轮式移动机器人系统的运动学模型转化为无漂移链式系统,利用链式系统潜在线性结构、子系统间解耦思想和分段控制策略,分别给出了不连续反馈镇定控制律和有限时间反馈镇定控制律,满足了移动机器人的反馈镇定要求。
　　3.针对运动学模型描述的非完整移动机器人系统,分别设计了滑模变结构轨迹跟踪控制律和快速终端滑模有限时间轨迹跟踪控制律,该方法结合反演设计和变结构控制的思想,在期望线速度不出现零值得情况下,可实现有限时间的轨迹跟踪要求。仿真结果验证了所提控制律的有效性和正确性。
　　4.针对动力学模型描述的非完整移动机器人轨迹跟踪控制问题,将速度控制量引入到动力学模型中力矩控制量的设计中去,分别采用滑模变结构控制和非奇异终端滑模控制,设计了全局有限时间轨迹跟踪控制律,仿真结果验证所提控制律的有效性。

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第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 移动机器人运动控制问题分类

1.3 国内外移动机器人反馈镇定和轨迹跟踪控制的发展概况

1.4 论文研究内容和组织结构

第二章 非完整约束轮式移动机器人的分析与建模

2.1 非完整移动机器人概述

2.2 非完整移动机器人的坐标系选择

2.3 非完整移动机器人的数学建模

2.4 本章小结

第三章 基于运动学模型的非完整移动机器人反馈镇定控制

3.1 滑模变结构控制理论基础

3.2 终端滑模变结构控制理论基础

3.3 反馈镇定问题描述

3.4 滑模变结构反馈镇定控制律设计

3.5 快速终端滑模反馈镇定控制律设计

3.6仿真研究与分析

3.7 本章小结

第四章 基于运动学模型的非完整移动机器人轨迹跟踪控制

4.1 轨迹跟踪问题描述

4.2 滑模变结构轨迹跟踪控制律设计

4.3 快速终端滑模轨迹跟踪控制律设计

4.4 仿真研究与分析

4.5 本章小结

第五章 基于动力学模型的非完整移动机器人轨迹跟踪控制

5.1 轨迹跟踪问题描述

5.2 滑模变结构轨迹跟踪控制律设计

5.3 非奇异终端滑模轨迹跟踪控制律设计

5.4 仿真研究与分析

5.5 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 工作展望

参考文献

致谢