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月球车轨迹跟踪控制及点镇定的研究

汝书伟  
【摘要】: 本文以非完整移动机器人为控制对象,针对六轮独立驱动摇臂式月球车进行建模,分别对月球车的轨迹跟踪问题以及输入受约束的点镇定问题进行了研究。目的在于构建满足工程需要的控制器。本文的工作主要集中在以下三个方面。 首先,针对六轮独立驱动摇臂式月球车的机械结构,建立其动力学的数学模型。由于月球车前后轮的舵角与车体转向角存在耦合,本文设计了一种运动学计算方法来得到前后轮的舵角。在此基础上,采用拉格朗日方程对月球车进行建模。 然后,针对六轮独立驱动摇臂式月球车的数学模型,设计双闭环控制系统进行轨迹跟踪。考虑到系统模型中存在的非完整特性、参数不确定性和冗余输入,分别采用单神经元滑模变结构方法、模糊控制方法和拉格朗日极值法来设计控制器。其中单神经元滑模变结构控制器的参数采用遗传算法来优化选定。仿真结果验证了提出的双闭环系统使月球车在存在这三种性质的条件下仍能较好地跟踪期望轨迹。 最后,考虑月球车存在的最小转弯半径运动学输入约束,设计一种切换型混杂控制器,控制月球车实现点镇定。以月球车的运动学模型为控制对象,分段镇定月球车的方向角、前向误差和侧向误差,最终使月球车镇定到坐标原点。仿真结果证明了此方法的有效性。


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