基于滾動(dòng)時(shí)域策略的移動(dòng)機(jī)器人群編隊(duì)控制方法研究.pdf

1、移動(dòng)機(jī)器人群編隊(duì)控制是機(jī)器人群研究領(lǐng)域的重要問題，具有重要的理論和實(shí)際意義。
　　本文基于滾動(dòng)時(shí)域控制策略探討了移動(dòng)機(jī)器人群的編隊(duì)及避障控制問題。為使研究工作具有系統(tǒng)性和完整性，本文對(duì)移動(dòng)機(jī)器人群的編隊(duì)控制問題按無障礙物環(huán)境、動(dòng)態(tài)障礙物環(huán)境和靜態(tài)障礙物環(huán)境三個(gè)方面展開，分別研究了相應(yīng)的控制策略，并進(jìn)行了控制性能的分析。此外，本文還對(duì)隊(duì)形隨時(shí)間變化的編隊(duì)控制進(jìn)行了研究，提出了一種有效的編隊(duì)控制方法。
　　無障礙物環(huán)境下的移動(dòng)機(jī)

2、器人群編隊(duì)控制是該領(lǐng)域研究的基礎(chǔ)。與其它方法不同，本文所提出的分布式滾動(dòng)時(shí)域編隊(duì)控制策略可有效解決實(shí)際系統(tǒng)存在的機(jī)器人參數(shù)不確定性和控制量約束問題。通過對(duì)每個(gè)機(jī)器人構(gòu)造能反映機(jī)器人耦合狀態(tài)和機(jī)器人群合作能力的目標(biāo)函數(shù)，以及將模型參數(shù)的不確定性轉(zhuǎn)化為不確定擾動(dòng)問題，實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人群的分布式編隊(duì)控制。
　　在動(dòng)態(tài)障礙物環(huán)境下，對(duì)于帶有參數(shù)不確定性和控制量約束的移動(dòng)機(jī)器人群提出了一種避障編隊(duì)控制算法。主要包括兩部分內(nèi)容：其一是將障礙物環(huán)境

3、下軌跡規(guī)劃問題轉(zhuǎn)化為一個(gè)非凸優(yōu)化問題，通過混合整數(shù)線性規(guī)劃獲得可行的機(jī)器人群軌跡；其二是編隊(duì)跟蹤問題，將不確定系統(tǒng)的編隊(duì)目標(biāo)優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化為Min-Max問題，并通過求解線性矩陣不等式獲得一種分布式滾動(dòng)時(shí)域編隊(duì)控制策略。所提方法可從理論上保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，通過機(jī)器人群的運(yùn)動(dòng)軌跡的實(shí)時(shí)規(guī)劃與跟蹤使機(jī)器人群能在動(dòng)態(tài)障礙物環(huán)境中按照指定的隊(duì)形實(shí)現(xiàn)與障礙物避碰。
　　在靜態(tài)障礙物環(huán)境下，本文結(jié)合勢(shì)場(chǎng)函數(shù)提出了一種避障編隊(duì)控制方法。通過在終端

4、懲罰項(xiàng)中引入勢(shì)場(chǎng)函數(shù)，并構(gòu)造相應(yīng)的終端約束集實(shí)現(xiàn)在一個(gè)優(yōu)化框架下同時(shí)保證系統(tǒng)穩(wěn)定性和安全性。該方法能夠在分布式控制框架下，從理論上保證閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。文中提出了次優(yōu)化滾動(dòng)時(shí)域控制方法，可以不完全依賴于優(yōu)化求解，只需要構(gòu)造出保證穩(wěn)定性的可行解，從而降低了求解時(shí)間。
　　針對(duì)設(shè)定隊(duì)形隨時(shí)間變化的情況，本文在分布式控制框架下討論了移動(dòng)機(jī)器人群領(lǐng)航-跟隨結(jié)構(gòu)的編隊(duì)控制問題，提出一種耦合系統(tǒng)的分布式次優(yōu)化滾動(dòng)時(shí)域控制方法。為了降低