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非完整移动机器人运动控制若干关键问题的研究

作　者: 赵应涛
导　师: 曹政才
学　校: 北京化工大学
专　业: 控制科学与工程
关键词: 非完整移动机器人运动控制路径跟踪轨迹跟踪点镇定
分类号: TP242
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

由于非完整约束的存在以及系统的高度非线性,非完整移动机器人运动控制问题的研究具有很大的挑战性,该问题解决的是否得当影响着机器人的工作性能,因而具有重要的理论研究价值和实际意义。本文以非完整移动机器人为研究对象,考虑机器人运动学和动力学模型,借鉴模糊、滑模、Backstepping等思想,对其运动控制关键问题进行深入地研究,包括路径跟踪、轨迹跟踪、点镇定及轨迹跟踪和点镇定的结合,主要工作如下：1、研究一种模糊和PI相结合的分阶路径跟踪控制规律。通过阈值将运动过程分为趋近阶段和稳态阶段,前者利用模糊控制快速跟踪曲线,后者利用PI控制消除余差。2、设计一种滑模和神经动力学相结合的轨迹跟踪控制器。基于速度控制规律,利用滑模思想设计力矩控制器,引入变速函数削弱“抖动”现象,并将神经动力学模型融入到控制律中,解决速度和力矩突变问题。3、研究一种基于模糊控制的移动机器人在曲面上运动时的点镇定方法。根据模糊理论,来设计机器人的驱动力矩和转动力矩控制器,实现机器人任意点到任意点的镇定。4、研究一种Backstepping和神经动力学相结合的轨迹跟踪和点镇定相结合的控制方法。通过引入虚拟目标点,将机器人运动过程分为两个部分,分别实现轨迹跟踪和点镇定。并将神经动力学嵌入到控制规律中,解决因初始位姿引起的突变问题以及控制器切换带来信号不连续问题。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-14
第一章绪论  14-22
  1.1 引言  14-15
  1.2 非完整移动机器人运动控制问题概述  15-20
    1.2.1 路径跟踪及其研究现状  16-17
    1.2.2 轨迹跟踪及其研究现状  17-19
    1.2.3 点镇定及其研究现状  19
    1.2.4 轨迹跟踪和点镇定的结合  19-20
  1.3 本文的研究内容及结构安排  20-22
第二章预备知识  22-30
  2.1 移动机器人建模  22-24
    2.1.1 移动机器人结构模型  22
    2.1.2 运动学模型  22-23
    2.1.3 动力学模型  23-24
  2.2 模糊控制  24-25
  2.3 滑模控制  25-26
  2.4 Backstepping方法  26
  2.5 神经动力学模型  26-27
  2.6 遗传算法  27-29
  2.7 本章小结  29-30
第三章非完整移动机器人路径跟踪的研究  30-38
  3.1 引言  30
  3.2 问题描述  30-31
  3.3 控制器设计  31-33
    3.3.1 角速度控制器设计  31-33
    3.3.2 线速度控制器设计  33
  3.4 仿真结果  33-36
  3.5 本章小结  36-38
第四章非完整移动机器人轨迹跟踪的研究  38-48
  4.1 引言  38
  4.2 问题描述  38-39
  4.3 控制器设计  39-43
    4.3.1 速度控制  39-40
    4.3.2 力矩控制  40-41
    4.3.3 基于神经动力学的控制规律  41-42
    4.3.4 稳定性证明  42-43
  4.4 仿真结果  43-47
    4.4.1 直线轨迹  43-45
    4.4.2 曲线轨迹  45-47
  4.5 本章小结  47-48
第五章非完整移动机器人点镇定的研究  48-56
  5.1 引言  48
  5.2 问题描述  48-49
  5.3 控制器设计  49-52
    5.3.1 运动学控制器设计  49-50
    5.3.2 模糊控制器设计  50-52
  5.4 仿真结果  52-55
    5.4.1 水平面  52-53
    5.4.2 曲面  53-55
  5.5 本章小结  55-56
第六章非完整移动机器人轨迹跟踪和点镇定结合的研究  56-66
  6.1 引言  56
  6.2 问题描述  56-57
  6.3 控制器设计  57-60
    6.3.1 轨迹控制器设计  57-58
    6.3.2 点镇定控制器设计  58
    6.3.3 基于神经动力学的控制规律  58-60
  6.4 稳定性证明  60
  6.5 仿真结果  60-64
    6.5.1 跟踪直线  60-62
    6.5.2 跟踪曲线  62-64
  6.6 本章小结  64-66
第七章结论和展望  66-68
参考文献  68-72
致谢  72-74
研究成果及发表的学术论文  74-76
作者和导师简介  76-77
硕士研究生学位论文答辩委员会决议书  77-78

非完整移动机器人运动控制若干关键问题的研究

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