非完整移动机器人轨迹跟踪控制方法的研究

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1、摘要本文以非完整轮式移动机器人为控制对象，围绕非完整移动机器人运动控制问题中重要的轨迹跟踪控制问题展开研究。轮式移动机器人的机械结构多种多样，其中典型结构为两轮同轴同步驱动或独立驱动完成向前向后及旋转运动的机器人。同步驱动类型的移动机器人的两个轮子同时被操纵和转动，因此总是保持平行。双轮驱动移动机器人的两个轮子由两个电机分别控制，结构比较简单。针对同步驱动的移动机器人首先介绍了有限时间控制方法在非完整移动机器人轨迹跟踪中的应用。将神经动力学模型与有限时间控制相结合的算法应用于非完整移动机器人的轨迹跟踪控制问题，有限时间方法设计简单，控制律光滑

2、，且神经动力学的加入解决了移动机器人初始时刻速度跳变的缺陷。接下来对含有未知参数的非完整不确定移动机器人提出一种自适应扩展控制器，即已知运动学模型的自适应跟踪控制器，利用自适应反步法设计出针对其动力学模型的跟踪控制器，Lyalmnov稳定性理论保证了跟踪误差渐近收敛到零。针对双轮驱动式机器人，首先提出一个速度控制器，在独立的速度控制环加入角速度补偿器，实现了二轮运动的同步化，且控制器仍是在每个轮子上设计的，保持了独立控制的简单结构。然后提出一种基于模型的自适应控制方法，对两独轮运动中的耦合因素以及系统的不确定因素进行补偿，对传统的自适应控制输

3、入进行修改，结构简单，计算量较其它自适应算法要小，并能将电机的输出力矩控制在合理范围内并且光滑。关键词：非完整移动机器人；轨迹跟踪；有限时间控制；独立驱动；反步法；自适应控制摘要AbstractNonholonomicmobilerobotsareconsideredasthecontrolobiactandcontrolproblemsarestudiedfocusing011trajectorytracking,whichisanimportantissueonnonholonomicmobilerobotmotioncontr01．Wh

4、eeledmobilerobotscomeinanmnberofdifferentmechanicalstructures．Typicalrobotshavetwoco-axialwheelsthatindependentlyOfsynchronouslyactuatedtoachieveforward／backwardandrotationalmotion．Thesynchronous-drivetypeofmobilerobotshaswheelsthatcansteerandrotatetogetherSO

5、nparallelallthetimewhilethediffercmial-drivenrobotsissimplicityofitsmechanicalstructure．Forsynchronous-driverobots,firstlythefinitetimecontrolmethodiSintroducedandanalgorithmbycombiningtheneuraldynamicsmodel、vi也勖itetimecontrolforthetrajeetorytrackingproblemofanonholonomicmo

6、bilerobot．Thefinitetimecontrolmethodiseasilydesignedandtheresultingcontrollawiscontinuous．Itisimprovedbyn∞raldynamicsmodelwhichhasstability,boundedandsmoothlyresponsecharacter,candealwiththespeedsharpjumponinitialtime．Thentheintegrationofakinerneticcontrollerandatorquecontr

7、ollerforthedynamicmoddofanonholonomiomobilerobothasbeenpresented．Adaptivecontrolsarederivedfordynamicssystemofnonholonomicuncertainmobilerobotstrackingareferencetrajectoryusingbacksteppingtechnique．nedesignedcontrollerausurestheasymptoticzeroingofthestabilizationerror．Fordi

8、fferential-drivenrobots．aspeedcontrollerisproposed．Inadditiontotheindependentcontr