基于状态估计算法的多机器人编队控制

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1、基于状态估计算法的多机器人编队控制李浩然2015年12月中图分类号：TQ028.1UDC分类号：540基于状态估计算法的多机器人编队控制作者姓名李浩然学院名称自动化学院指导教师伍清河教授答辩委员会主席任雪梅教授申请学位工学硕士学科专业控制科学与工程学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2016年1月Multi-robotFormationControlBasedonStateEstimationAlgorithmCandidateName:HaoranLiSchoolorDepartment:SchoolofAutomationFacultyMentor:Prof.Qinghe

2、WuChair,ThesisCommittee：Prof.XuemeiRenDegreeApplied:MasterofPhilosophyMajor:ControlScienceandEngineeringDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence:January，2016研究成果声明本人郑重声明：所提交的学位论文是我本人在指导教师的指导下进行的研究工作获得的研究成果。尽我所知，文中除特别标注和致谢的地方外，学位论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京理工大学或其它教育机构的学位或证书所

3、使用过的材料。与我一同工作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均已在学位论文中作了明确的说明并表示了谢意。特此申明。签名：日期：北京理工大学硕士学位论文摘要编队控制是多机器人控制研究领域中的一个重要方向，有着非常广泛的应用场合。多机器人编队系统经常可以低成本地、高效地完成单机器人不可能或者很难完成的任务。因此对多机器人编队控制的研究具有重要的现实意义。本文基于领航跟随者控制策略，利用三个Qbot机器人设计了一个多机器人编队系统，并且将带有估计的一致性算法应用到该编队系统中，使得该系统可以在短时间通信失败的环境下只产生较小的误差。首先本文针对多智能体跟踪系统中出现的短时间通信失败

4、引起较大误差问题，提出了带有估计的一致性算法，该算法的核心思想是在通信正常时跟随者不仅利用接收到的参考状态计算相应的控制，而且还会用于估计参考状态的轨迹，当通信失败导致跟随者无法接收到领航者的参考状态时，跟随者利用之前得到的参考状态轨迹估计相应的参考状态，并用估计的结果计算相应的控制。本文从数学上证明了该算法的合理性，并且用Matlab仿真结果证明了算法的有效性；然后本文以Quanser公司的Qbot机器人为平台，对Qbot机器人进行了建模，利用3个Qbot机器人设计了一个多机器人编队系统，使得三个机器人可以围绕其中的一个机器人旋转，同时保持正三角形形状；最后把带有估计的跟踪

5、算法应用到该编队系统中，在人为模拟短时间通信失败的环境下进行了实验，并且同没有添加估计算法的结果进行了对比。试验结果表明，带有估计的一致性编队算法可以在一定程度上减少多机器人编队过程中由于通信失败引起的误差。从而可以证明带有估计的编队算法在多机器人编队系统中的有效性和可行性。关键词：编队控制；领航跟随者；通信失败；估计；QbotI北京理工大学硕士学位论文AbstractFormationcontrolisanimportanttopicinthemulti-robotcontroldomainandhasaverywiderangeofapplications.Multi-r

6、obotformationsystemcanoftencompletesometaskseffectivelyatlowcostwhichmaybeverydifficultorevenimpossibleforasinglerobot.Soitishighlysignificanttostudythemulti-robotformationcontroltechnology.Basedontheleader-followingapproach,thisthesisdesignsamulti-robotformationsystembyusingthreeQbotsandth

7、enapplystheconsensusalgorithmwithestimationtothesystem,sothattheformationsystemcanhavelessdeviationintheenvironmentwithoccasionalcommunicationfailure.Firstly,aimingattheproblemthatanobvioustrackingdeviationmaybecausedwhenoccasionalcommunicationfailureapp