輪式移動機器人建模與運動控制策略研究.pdf

1、本論文受國家重點實驗室基金、國家千人計劃基金資助。
　　自60年代末期開始的輪式移動機器人(Wheeled Mobile Robot，WMR)研究起，機器人技術(shù)逐漸成熟，并逐漸運用于人們生活的各個方面。針對日益高要求的控制精度，本文針對一個具體的輪式移動機器人平臺提出了兩整套的控制策略，通過算法的優(yōu)化方法提高系統(tǒng)的運動精度。
　　首先，輪式移動機器人是一個典型的多輸入多輸出非完整約束系統(tǒng)，系統(tǒng)中也存在參數(shù)不確定性和模型不確定

2、性。本文針對輪式移動機器人建立了包含直流電機電磁力學(xué)模型在內(nèi)的完整的動力學(xué)模型，并且進(jìn)行了系統(tǒng)辨識與解耦分析。
　　其次，根據(jù)得到的簡化系統(tǒng)模型與實際系統(tǒng)的對比，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)存在低頻摩擦力影響與高頻模型不確定性影響。為此設(shè)計了μ-synthesis控制器，該控制器在系統(tǒng)所能達(dá)到的頻寬范圍內(nèi)，能最大程度地削弱摩擦力的影響，并且其中的參數(shù)不確定性模型能夠較好的涵蓋系統(tǒng)相對高頻的模型不確定性，達(dá)到了一個較好的魯棒特性。其中在軌跡線跟蹤實驗中

3、設(shè)計了內(nèi)外環(huán)控制框架，將μ-synthesis控制器很好地應(yīng)用到了實際平臺。
　　最后，針對實際中系統(tǒng)辨識存在誤差，系統(tǒng)特性也會受到負(fù)載、工況、環(huán)境等因素影響的情況，在動力學(xué)中進(jìn)一步設(shè)計了自適應(yīng)魯棒控制器(ARC)，以滿足自適應(yīng)和魯棒性能方面的要求。該控制器中使用投影自適應(yīng)率實時更新模型參數(shù)，結(jié)合滑模的控制思想額外附加一個非線性反饋控制項，該項可以使系統(tǒng)具有較強的魯棒性能，并且使系統(tǒng)達(dá)到一個很快的響應(yīng)性能。其中在避障實驗中設(shè)計了三