探索非完整移动机器人的自适应滑模轨迹跟踪控制研究

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17、Y1527889分类号：U4910710—20040542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宋焕生摘要近年来，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

18、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：(1)对轮式移动机器人的非完整特性进行了分析，利用坐标变换方法和拉格朗日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。(2)以非完整移动机器人的运动学模型为控制对象，将质心线速度和转向角速度为控制输入，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

19、正确性。(3)以非完整移动机器人动力学模型为研究对象，在存在未知参数和不确定性干扰时，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Lyapunov函数简化了控制器的设计并具有直观的稳定性分析。(4)针对基于运动学模型描述的非完整移动机器人系统，研究了终端滑模控制轨迹跟踪控制器，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

20、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AbstractInrecentyears，thetrajectorytrackingproblemofthenonholonomicmobilerobothasbeenwidelystudied．BasedOilthekinematicsanddynamicsmodelof

21、themobilerobot，thisthesisresearchesontheapplicationoftheslidingmodecontrol，theadaptivecontrolandthebacksteppingmethodinthetrajectorytrackingcontrollerdesign．Themainworkandaccomplishmentofthethesisincludes：(1)Thenonholonomiccharacteristicofthewheeledmobi

22、lerobotisanalyzed，thekinematicsmodelanddynamicsmodelisestablishedbyusingthecoordinatetransformationmethodandtheLagrangemethod．Atlastthefeasibilityofthetrajectorytrackingisproved．(2)Basedonthekinematicsmodelofthenonholonomicmobilerobot，themethodofnon-dit

23、herslidingmodetrajectorytrackingcontrollerisdesignedbytakingthelinearspeedandtheangularspeedofthemobilerobotasthecontrolinputs．Whenthekinematicsmodelexiststheunknownparameters，theadaptiveslidingmodetrajectorytrackingcontrollermethodispresentedbytakingth

24、eangularspeedoftwodrivenwheelsasthedirectlycontrolinputs．Thesimulationresultprovesthecorrectnessofthedesignmethod．(3)Basedonthedynamicsmodelofthenonholonomicmobilerobot，aglobalasymptoticallystabletrackingcontrollerisdesignedusing