非完整移动机器人的自适应滑模轨迹跟踪控制研究.pdf

渡爹太淳硕士学位论文非完整移动机器人的自适应滑模轨迹跟踪控制研究Ⅲ『籌鐸』宋焕生分类号:导师姓名职称申请学位级别论文提交日期学位授予单位吴青云贺昱曜教授答辩委员会主席学位论文评阅人陈增禄张奇志
摘要近年来,受非完整约束的移动机器人的轨迹跟踪问题得到了广泛重视。本文以非完整移动机器人作为研究对象,分别在其运动学和动力学模型的基础上,重点围绕滑模变结构控制、自适应控制、反演算法等方法在轨迹跟踪控制器设计中的应用展开研究。本论文的主要工作和取得的研究成果有:月质揭贫魅说姆峭暾匦越辛朔治觯米瓯浠环椒ê屠窭嗜方程建立了移动机器人的运动学和动力学模型,分析了轨迹跟踪的可行性。苑峭暾贫魅说脑硕P臀?刂贫韵螅市南咚俣群妥O蚪撬俣为控制输入,设计了一种无抖动滑模变结构轨迹跟踪控制器设计方法;在以两驱动后轮的角速度为控制输入、模型中存在未知参数时,提出了一种自适应全局轨迹跟踪控制方法,并将其推广到自适应滑模轨迹跟踪控制器设计中。仿真结果验证了设计方法的正确苑峭暾贫魅硕ρP臀Q芯慷韵螅诖嬖谖粗2问筒蝗范ㄐ愿扰时,采用反演控制算法和自适应滑模控制方法相结合的思想,提出了一种具有全局渐攵曰谠硕P兔枋龅姆峭暾贫魅讼低常芯苛酥斩嘶?刂乒迹跟踪控制器,对参考角速度不为零的参考轨迹,能在有限时间内完全跟踪。针对基于动力学模型描述的非完整移动机器人轨迹跟踪问题,设计了一种快速终端滑模控制器设计方法,该方法结合反演设计和快速终端滑模控制的思想,实现了非完整移动机器人全局快速轨迹跟踪控制,并且能够在有限时间内完全跟踪上期望轨迹。关键词:非完整移动机器人;轨迹跟踪:反演算法;自适应控制;快速终端滑模性。近稳定的跟踪控制器设计方法。该方法将系统分解为低阶子系统来处理,利用中间虚拟控制量和部分函数简化了控制器的设计并具有直观的稳定性分析。
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炙看璇星谬殳孬互矽眵年莎月论文知识产权权属声明论文独创性声明砂晔拢利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成年厂月∥日本人声明:本人所呈交的学位论文是在导师的指导下,独立进行研究工作所取得的成果。除论文中已经注明引用的内容外,对论文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。本论文中不包含任何未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表的成果。本声明的法律责任由本人承担。论文作者签名:本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品,知识产权归属学校。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请专利等权果时,署名单位仍然为长安大学。C艿穆畚脑诮饷芎笥ψ袷卮斯娑导师签名:
第一章绪论机器人技术作为世纪人类最伟大的发明之一,自年代初问世以来,经历余年的发展已取得长足的进步,并且已经深入到世界经济和人们生活的众多领域。机器人技术是一项综合了计算机、控制论、机构学、传感技术、人工智能、仿生学等多学科而形成的高新技术,是当代研究十分活跃、应用日益广泛的领域。机器人应用情况,是一个的重要标志。现代机器人从其诞生到现在,经历了三个时代:世界上第一台工业机器人是在世纪六十年代初诞生,在美国新泽西州的通用汽车制造厂安装并使用,代表着工业机器人应用于汽车制造业取得成功,之后机械加工、弧焊、点焊、喷涂、装配、检测等各种类型的工业机器人相继出现,大大提高了各种产品的一致性和质量。这一时期的机器人被称为顺序控制机器人。为了让机器人有一定的感知能力,人们给机器人装上了许多不同功能的传感器,形成了具有传感器信息反馈的第二代机器人。简单的外部传感器如简单视觉、力觉传感器等,因而具有部分适应外部环境的能力。与第一代机器人相比,第二代机器人更加具有柔性和安全性。然而,由于该类机器人的自身状态和环境状态信息是非数值化的,人们希望机器人能像人类一样自主接受和解释这些非数值信息,由此开始了第三代机器人,即智能机器人的研制。它能感知外界环境与对象,并具有对复杂信息进行准确处理,对自己的行为做出自主决策的能力。一般地,可通过对外部环境信息的获取、处理、确切地描述外部环境,能自主地完成某项任务;能够依据环境的变化做出相应的决策;具有很强的自适应能力,并具有自学习、自组织功能。移动机器人研究是上世纪年代以后兴起的一个比较新的研究领域。移动机器人是目前一项比较实用的技术,它涉及诸多的学科,包括材料力学、机械传动、机械制造、动力学、运动学、控制论、电气工程、自动控制理论、计算机技术、生物、伦理学等诸多方面。世纪年代后期,许多国家相继开展了移动机器人技术的研究【缑拦腍斯ぶ悄苤行挠晔状谓辛艘贫魅嗽揭笆迪帧大学的移动机器人能在立体制导系统引导下缓慢步行【。年代到现在,人类逐步实现了詈L讲如我国研制的海下讲饣魅;实现了对太阳系金星、火星、木星及木卫星等天体的探测缑拦幕鹦翘铰氛近年来,随着移