基于系統(tǒng)逆的移動(dòng)機(jī)器人跟蹤控制研究.pdf

1、為了適應(yīng)移動(dòng)機(jī)器人在國(guó)防、工業(yè)、航天、探險(xiǎn)等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用,世界主要科技大國(guó)都加大對(duì)移動(dòng)機(jī)器人研究的投入力度。軌跡跟蹤是移動(dòng)機(jī)器人執(zhí)行任務(wù)的關(guān)鍵性技術(shù)。軌跡跟蹤是指移動(dòng)機(jī)器人從當(dāng)前位姿出發(fā),跟蹤一條隨時(shí)間變化的參考軌跡,移動(dòng)到目的位姿狀態(tài)。然而,移動(dòng)機(jī)器人是一個(gè)受到非完整約束條件限制的非線性系統(tǒng),同時(shí)存在模型不確定性和受到外部擾動(dòng)力矩的影響。因此,非完整移動(dòng)機(jī)器人的魯棒軌跡跟蹤控制面臨著巨大的挑戰(zhàn)。
　　本文針對(duì)存在不確定性和外部

2、擾動(dòng)的移動(dòng)機(jī)器人,采用基于系統(tǒng)逆的控制方法,研究和設(shè)計(jì)魯棒軌跡跟蹤控制系統(tǒng)。本文的主要研究?jī)?nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)如下:
　　1.提出一種基于擾動(dòng)觀測(cè)器的二自由度控制系統(tǒng)。首先,采用矢量合成法計(jì)算出單位反饋控制系統(tǒng)和二自由度控制系統(tǒng)在不確定性范圍內(nèi)的最大跟蹤誤差,分析二者的跟蹤性能。然后,在二自由度控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,增加擾動(dòng)觀測(cè)器作為內(nèi)環(huán),得到一種基于擾動(dòng)觀測(cè)器的二自由度控制系統(tǒng)。最后,分析它的穩(wěn)定性、跟蹤性能和抗擾動(dòng)性能。理論分析表明,該方

3、法能提高跟蹤精度和擾動(dòng)抑制性能。
　　2.研究移動(dòng)機(jī)器人的非完整性,并且建立移動(dòng)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型、動(dòng)力學(xué)模型和電機(jī)驅(qū)動(dòng)模型。
　　3.針對(duì)存在模型不確定性和外部擾動(dòng)的移動(dòng)機(jī)器人動(dòng)力學(xué)模型,提出一種基于系統(tǒng)逆的力矩控制律。該力矩控制律是采用 Backstepping技術(shù)來(lái)設(shè)計(jì)的,利用擾動(dòng)觀測(cè)器在線補(bǔ)償外部擾動(dòng)與模型不確定性造成的等效擾動(dòng),并采用李雅普諾夫法和Barbalat引理證明了系統(tǒng)的漸近穩(wěn)定性。仿真結(jié)果表明,該力矩控制

4、律能有效跟蹤期望軌跡,并且其跟蹤性能和擾動(dòng)抑制性能優(yōu)于計(jì)算力矩法。
　　4.針對(duì)存在模型不確定性和外部擾動(dòng)的移動(dòng)機(jī)器人電機(jī)驅(qū)動(dòng)模型,設(shè)計(jì)一種基于系統(tǒng)逆的魯棒軌跡跟蹤控制器。該軌跡跟蹤控制器以直流電機(jī)的電壓作為控制輸入;采用基于擾動(dòng)觀測(cè)器的二自由度控制系統(tǒng),提高了跟蹤性能和擾動(dòng)抑制性能;采用李雅普諾夫直接法和Barbalat引理證明了系統(tǒng)的漸近穩(wěn)定性。仿真結(jié)果表明,該控制方法在跟蹤精度和擾動(dòng)抑制性能方面明顯優(yōu)于采用二自由度控制系統(tǒng)的