移動(dòng)機(jī)器人的路徑跟蹤控制.pdf

1、本文研究輪式移動(dòng)機(jī)器人的路徑跟蹤控制方法及其實(shí)現(xiàn)技術(shù)。本文應(yīng)用廣義預(yù)測(cè)控制算法、參數(shù)估計(jì)及濾波的相關(guān)理論對(duì)移動(dòng)機(jī)器人的路徑跟蹤控制及定位問(wèn)題進(jìn)行了研究,提出了適用于輪式機(jī)器人的路徑跟蹤控制及定位的算法,設(shè)計(jì)了相應(yīng)的硬件系統(tǒng),并通過(guò)移動(dòng)機(jī)器人場(chǎng)地實(shí)驗(yàn)研究了輪式機(jī)器人的路徑跟蹤控制。首先,在環(huán)境全部已知的情況下,對(duì)移動(dòng)機(jī)器人進(jìn)行物理和數(shù)學(xué)建模。由于輪式移動(dòng)機(jī)器人非完整性運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)屬于非線(xiàn)性系統(tǒng),本文通過(guò)將系統(tǒng)在工作點(diǎn)處進(jìn)行Taylor展開(kāi),舍

2、去高階項(xiàng)后獲得非線(xiàn)性系統(tǒng)的近似線(xiàn)性模型。線(xiàn)性系統(tǒng)的廣義預(yù)測(cè)控制采用多步預(yù)測(cè)、滾動(dòng)優(yōu)化和反饋校正等策略,控制模型的參數(shù)少,且保留了自適應(yīng)控制方法的優(yōu)點(diǎn)。Smith預(yù)估控制算法的引入,將滯后環(huán)節(jié)置于反饋回路外面,改善了系統(tǒng)的響應(yīng)性能。經(jīng)仿真實(shí)驗(yàn)證明,系統(tǒng)的魯棒性和抗干擾性也得到提高。其次,在理論研究的基礎(chǔ)上,將廣義預(yù)測(cè)控制應(yīng)用到“2006亞太機(jī)器人大賽國(guó)內(nèi)選拔賽”電子科技大學(xué)參賽隊(duì)的移動(dòng)機(jī)器人的路徑跟蹤控制及定位問(wèn)題中,研究了移動(dòng)機(jī)器人的相

3、關(guān)控制策略以及軟硬件的實(shí)現(xiàn)。并完成硬件設(shè)計(jì)、制板,軟件設(shè)計(jì)、調(diào)試,優(yōu)化軟硬件的設(shè)計(jì)。旋轉(zhuǎn)光電編碼器、顏色傳感器與預(yù)測(cè)控制器組成閉環(huán)的移動(dòng)機(jī)器人預(yù)測(cè)控制應(yīng)用,使得整個(gè)控制系統(tǒng)的控制特性和智能化程度都得到提高。最后,在路徑修正補(bǔ)償控制和機(jī)器人自身位置測(cè)量實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)上,以直線(xiàn)路徑跟蹤控制、圓弧路徑跟蹤控制等運(yùn)行實(shí)驗(yàn)考察了廣義預(yù)測(cè)控制方法應(yīng)用于移動(dòng)機(jī)器人路徑跟蹤控制的效果。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析表明該控制策略可靠性高,能夠準(zhǔn)確進(jìn)行路徑跟蹤及定位,可以滿(mǎn)足