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《南京理工大学》 2005年
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非完整系统若干控制问题的研究

李胜  
【摘要】:非完整约束广泛存在于轮式移动机器人、柔性机械手、人造卫星、航天飞机等系统中。非完整约束的存在使得这些系统更加难以控制,但是其可控性的特点又使得对其控制问题的研究和工程实现更具挑战性。因此,对非完整系统的控制问题的研究具有重要的理论意义和广阔的应用前景。 本文针对运动规划、镇定和轨迹跟踪三方面的问题,对非完整系统的控制作了较广泛和深入的研究,主要内容有: 1.以非完整链式系统为对象,研究了运动规划问题。首先提出了一种基于Bang-Bang控制的切换策略设计方法,利用此方法得到的切换策略能在有限的时间内,经过控制输入的有限次切换,使得非完整单链系统从有界的初始状态运动到终止状态。然后,针对传统Bang-Bang控制下,控制输入的剧烈变化对系统造成的不利影响,又提出了一种柔化Bang-Bang控制设计方法,这种方法减小了Bang-Bang控制输入的变化幅度。最后将柔化Bang-Bang控制的设计方法推广到非完整多链系统,实现了非完整多链系统的运动规划。 2.以非完整链式系统和一类不能化为链式标准型的非完整系统为对象,研究了镇定控制问题。首先针对非完整单链系统提出了一种基于不变流形,迭代求解控制律的方法,利用此方法设计了非连续时不变反馈控制律,同时得到了在该控制律作用下,n维非完整单链系统各状态的解析解。然后将此方法扩展到带有m+1个输入的m链非完整系统,解决了此类系统的局部反馈镇定问题。最后针对一类不能化为链式标准型的非完整系统,提出了非连续时不变反馈控制律和时变连续反馈控制律,分别实现了其局部和全局的反馈镇定控制,并针对系统中参数不确定的情况,设计了两种自适应反馈控制律,即自适应非连续时不变控制律和自适应连续时变控制律,实现了此类系统存在不确定参数时的反馈镇定控制。 3.以两类轮式机器人为对象,研究了非完整系统的轨迹跟踪控制问题。首先通过对一类几何中心与轮轴中心不重合的移动机器人跟踪控制的研究,应用Lyapunov直接法和Barbalat引理证明了其全局渐近跟踪控制律的存在性,并构造出轨迹跟踪控制律,用此跟踪控制律实现了目标输入定常和时变时,对同结构目标机器人的全局渐近跟踪。然后通过对四轮移动机器人的跟踪控制的研究,应用Backstepping方法和Lyapunov理论证明了此类系统渐近跟踪控制律的存在性,并导出了反馈跟踪控制律。最后通过仿真实验验证了所设计的反馈跟踪控制律的控制性能。 4.通过对一个实际轮式移动机器人系统的控制,验证了以上提出的几种控制方法的控制性能,通过实验结果,分析了所提方法在鲁棒性等方面的不足。提出了一些改
【学位授予单位】:南京理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2005
【分类号】:TP13

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【引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 王勇;欠驱动船舶航迹跟踪控制技术研究[D];哈尔滨工程大学;2011年
2 胡晓娟;基于ARM的移动机器人运动控制研究[D];南京理工大学;2007年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前4条
1 董文杰,霍伟;链式系统轨迹跟踪控制:一种新方案[J];控制理论与应用;2000年04期
2 李世华,田玉平;非完整移动机器人的轨迹跟踪控制[J];控制与决策;2002年03期
3 董文杰,霍伟;受非完整约束移动机器人的跟踪控制[J];自动化学报;2000年01期
4 马保离,霍伟;非完整链式系统的时变光滑指数镇定[J];自动化学报;2003年02期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 李胜;胡维礼;;一类非完整系统镇定控制器的递推设计方法[J];兵工学报;2009年09期
2 王轶卿;李胜;陈庆伟;;一类非完整链式系统的有限时间镇定控制[J];兵工学报;2010年12期
3 刘庆波;余跃庆;苏丽颖;;基于遗传算法的欠驱动机器人避障规划与轨迹跟踪[J];北京工业大学学报;2009年04期
4 李传峰;王朝立;;一类不确定非完整运动学系统的鲁棒镇定[J];北京航空航天大学学报;2007年04期
5 李明军;马保离;;非完整链式系统的全局连续K指数镇定[J];北京航空航天大学学报;2011年04期
6 钟新华,蔡自兴,邹小兵;基于ADT850的移动机器人运动控制系统设计[J];电光与控制;2004年04期
7 胡莲君;宋弘;;不确定非完整移动机器人的时变H_∞控制[J];大连民族学院学报;2006年05期
8 张金学;李媛媛;;轮式机器人滑模轨迹跟踪控制器设计[J];智能计算机与应用;2012年01期
9 李世华,田玉平;移动小车的有限时间轨迹跟踪控制[J];东南大学学报(自然科学版);2004年01期
10 李世华,田玉平;一种非完整移动机器人有限时间跟踪控制算法[J];东南大学学报(自然科学版);2004年S1期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 ;Stabilization Control and Simulation of an Unmanned Surface Vessel[A];中国自动化学会控制理论专业委员会A卷[C];2011年
2 李世华;田玉平;;一种非完整移动机器人有限时间跟踪控制算法[A];江苏省自动化学会七届四次理事会暨2004学术年会青年学者论坛论文集[C];2004年
3 陈彭年;;非线性周期系统的渐近镇定[A];1997中国控制与决策学术年会论文集[C];1997年
4 陈彭年;;非线性系统加积分器镇定的某些结果[A];1998中国控制与决策学术年会论文集[C];1998年
5 ;Smooth Exponential Stabilization of Nonholonomic Systems via time-varying feedback[A];第十九届中国控制会议论文集(一)[C];2000年
6 李世华;田玉平;;一种非完整移动机器人的轨迹跟踪控制方法[A];第二十一届中国控制会议论文集[C];2002年
7 李世华;田玉平;;移动小车的有限时间轨迹跟踪控制[A];第二十二届中国控制会议论文集(下)[C];2003年
8 李世华;田玉平;;非完整移动机器人的一种有限时间跟踪控制方法[A];第二十三届中国控制会议论文集(下册)[C];2004年
9 ;Stabilization of Nonholonomic Kinematic Control Systems with Bounded Practical Inputs[A];第二十四届中国控制会议论文集(上册)[C];2005年
10 胡明朗;魏瑞轩;;扑翼飞行器振荡控制方法研究[A];中国航空学会控制与应用第十二届学术年会论文集[C];2006年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 袁健;网络环境下多自主水下航行器编队控制研究[D];中国海洋大学;2011年
2 武星;视觉导航的轮式移动机器人运动控制技术研究[D];南京航空航天大学;2010年
3 程相勤;基于滑模理论的欠驱动UUV空间曲线路径跟踪控制[D];哈尔滨工程大学;2011年
4 常江;非完整轮式移动机器人的运动控制方法研究[D];哈尔滨工程大学;2011年
5 赖旭芝;一类非完整欠驱动机械系统的智能控制[D];中南大学;2001年
6 朱齐丹;具有非驱动关节的机器人控制研究[D];哈尔滨工程大学;2002年
7 虞继敏;高阶非线性系统的镇定问题[D];郑州大学;2003年
8 王家军;非完整控制系统的非线性控制策略研究[D];天津大学;2003年
9 谭跃刚;基于非完整约束的欠驱动机械手及其运动控制的研究[D];武汉理工大学;2005年
10 韩冰;欠驱动船舶非线性控制研究[D];哈尔滨工程大学;2004年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 付亮;AGV小车组合导引系统[D];昆明理工大学;2009年
2 谭国立;一类非完整系统的跟踪控制[D];曲阜师范大学;2011年
3 孟凡莉;非完整系统的状态反馈控制与指数收敛[D];曲阜师范大学;2011年
4 王茂苏;智能系统轨迹跟踪动画仿真研究[D];中南大学;2011年
5 吴才辉;移动机器人路径跟踪的智能控制[D];燕山大学;2011年
6 张天;基于边界识别与跟踪控制的清扫机器人导航研究与设计[D];燕山大学;2011年
7 李文胜;机器人轨迹跟踪控制算法研究[D];江苏科技大学;2011年
8 施文武;自动引导车的智能导航与控制研究[D];合肥工业大学;2002年
9 蒋浩丰;基于功能/行为集成的自主车研究[D];合肥工业大学;2003年
10 左克群;非完整移动机器人系统的操舵原理与轨迹跟踪控制的研究[D];武汉理工大学;2003年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 马明山,朱绍文,何克忠,李相伟;室外移动机器人定位技术研究[J];电工技术学报;1998年02期
2 谷海涛,颜湘武,曲伟;正交解码电路和捕获单元在转角和转速测量中的应用[J];电气应用;2005年01期
3 高丙团;陈宏钧;张晓华;;欠驱动机械系统控制设计综述[J];电机与控制学报;2006年05期
4 詹月林;船舶航迹间接多模态控制方法研究[J];工业仪表与自动化装置;2003年06期
5 周祥龙,赵景波;欠驱动非线性控制方法综述[J];工业仪表与自动化装置;2004年05期
6 王醒策,张汝波,顾国昌;基于势场栅格法的机器人全局路径规划[J];哈尔滨工程大学学报;2003年02期
7 韩冰,赵国良;基于微分平滑的欠驱动船舶航迹控制[J];哈尔滨工程大学学报;2004年06期
8 洪炳熔,薄喜柱,王鸿鹏;基于多机器人的微机器人足球比赛系统[J];机器人技术与应用;1998年05期
9 王宏,艾海舟,何克忠,张钹;移动机器人体系结构与系统设计[J];机器人;1993年01期
10 赵姝颖,高大志,柏立军,徐心和;提高足球机器人系统实时性能的硬件优化方法的研究[J];机器人;2000年02期
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 韩冰;欠驱动船舶非线性控制研究[D];哈尔滨工程大学;2004年
2 卜仁祥;欠驱动水面船舶非线性反馈控制研究[D];大连海事大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 肖本华;动力定位自动区域保持控制方法研究[D];哈尔滨工程大学;2002年
2 龚根华;轮式移动机器人控制系统设计与研究[D];南京航空航天大学;2004年
3 尚旭辉;TSR-1足球机器人底层控制系统及通讯子系统的研究[D];天津大学;2004年
4 张松灿;移动机器人的智能导航和跟踪控制研究[D];合肥工业大学;2005年
5 高健;基于视觉的移动机器人运动控制研究[D];华中科技大学;2005年
6 王元慧;模型预测控制在动力定位系统中的应用[D];哈尔滨工程大学;2006年
7 薛艳茹;基于嵌入式系统的移动机器人的模糊控制系统设计[D];中国海洋大学;2006年
8 施维;轮式移动机器人轨迹跟踪控制研究[D];南京理工大学;2006年
9 林永屹;基于Backstepping的船舶航向非线性控制方法的研究[D];大连海事大学;2007年
10 史永杰;基于Backstepping的几类非线性系统的控制设计[D];汕头大学;2007年
【二级引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前7条
1 戴永强;自寻迹切割机器人的同步定位和地图创建研究[D];吉林大学;2011年
2 尹伟峰;智能车设计及其追踪系统研究[D];南京理工大学;2012年
3 校康明;基于SCARA控制系统的运动控制[D];南京理工大学;2008年
4 常海山;新能源自动化生产控制系统的研制[D];西安电子科技大学;2010年
5 周伟;多功能轮椅运动控制系统研究与开发[D];华南理工大学;2010年
6 王峰;基于多传感器信息融合的矿井搜救机器人设计[D];中北大学;2010年
7 矫德余;基于嵌入式系统的智能巡检机器人研制[D];中国石油大学;2010年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前3条
1 李世华,田玉平;移动小车的轨迹跟踪控制[J];控制与决策;2000年05期
2 董文杰,霍伟;受非完整约束移动机器人的跟踪控制[J];自动化学报;2000年01期
3 董文杰,霍伟;链式系统的轨迹跟踪控制[J];自动化学报;2000年03期
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 刘庆波;余跃庆;苏丽颖;;基于遗传算法的欠驱动机器人避障规划与轨迹跟踪[J];北京工业大学学报;2009年04期
2 裴辛哲,刘志远,裴润;精确反馈线性化在移动机器人轨迹跟踪中的应用[J];机器人;2001年S1期
3 李青湘,胡跃明,毛宗源;一类非完整系统的变结构控制运动规划[J];华南理工大学学报(自然科学版);1999年08期
4 刘庆波;余跃庆;王浩;;基于遗传算法的欠驱动机器人运动规划[J];控制工程;2008年01期
5 刘钰;;轮式移动机器人滑模轨迹跟踪控制研究[J];金陵科技学院学报;2009年03期
6 赵毅红;朱剑英;;基于综合导向的车式移动机器人轨迹跟踪控制[J];华南理工大学学报(自然科学版);2006年11期
7 李世华,田玉平;非完整移动机器人的轨迹跟踪控制[J];控制与决策;2002年03期
8 高庆吉;张友谊;王红星;洪炳熔;;非完整移动机器人鲁棒控制方法研究[J];东北电力大学学报;2006年02期
9 王玉华;于双和;杜佳璐;田园;胡英;;不确定非完整移动机器人的自适应模糊控制[J];系统仿真学报;2009年02期
10 曹洋,方帅,徐心和;基于Haar小波分解的轮式移动机器人轨迹跟踪控制[J];机器人;2004年05期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 李世华;田玉平;;一种非完整移动机器人的轨迹跟踪控制方法[A];第二十一届中国控制会议论文集[C];2002年
2 郭毓;毛建;胡维礼;;轮式机器人轨迹跟踪迭代学习控制(英文)[A];2003年中国智能自动化会议论文集(上册)[C];2003年
3 刘庆波;余跃庆;苏丽颖;;一种欠驱动机器人最优避障运动规划新方法[A];2007'仪表,自动化及先进集成技术大会论文集(二)[C];2007年
4 史先鹏;张波涛;刘士荣;吴秋轩;;面向任务的冗余移动机械臂的运动规划[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
5 刘世兴;郭永新;刘畅;;一类特殊非完整力学系统的辛算法计算[A];庆祝中国力学学会成立50周年暨中国力学学会学术大会’2007论文摘要集(下)[C];2007年
6 方浩;李路;贾睿;窦丽华;;考虑地面影响因素的轮式机器人轨线跟踪控制联合仿真[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
7 张智焕;沈萌红;;欠驱动两足机器人的运动规划综述[A];全国先进制造技术高层论坛暨第九届制造业自动化与信息化技术研讨会论文集[C];2010年
8 谭慧琼;胡跃明;韦岗;徐建闽;;非完整移动机器人的学习控制算法[A];'99系统仿真技术及其应用学术交流会论文集[C];1999年
9 吴卫国;陈辉堂;蒋平;王月娟;;非完整轮式移动机器人控制研究[A];1997中国控制与决策学术年会论文集[C];1997年
10 臧庆凯;李春贵;闫向磊;;基于MATLAB的PUMA560机器人运动仿真研究[A];广西计算机学会2010年学术年会论文集[C];2010年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 张孟军;美改进型轮式机器人将重踏南极[N];科技日报;2005年
2 广州 耿德根;机器人流程图调速与舵机模块的操作及应用[N];电子报;2006年
3 通讯员 崔浩杰 张进久;首台国产变电站设备巡检机器人“上岗”[N];中国电力报;2005年
4 编译 风掣;机器人汽车:没有发动机 车身可折叠[N];北京科技报;2006年
5 记者 任荃;电脑鼠“身心合一”身手不凡[N];文汇报;2009年
6 刘培香 史轶夫 刘治宇;我国机器人破短跑世界纪录[N];人民政协报;2009年
7 广州 耿德根;SL-DIY08-8教学智能机器人[N];电子报;2006年
8 刘勇;ABB在华关注新能源领域[N];中国能源报;2009年
9 广州 耿德根;小型解释型SLBASIC语言开发与应用(一)[N];电子报;2006年
10 广州 耿德根;SLROBOT-M8单片机开发实验器及教学机器人选购配置方案[N];电子报;2008年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 李胜;非完整系统若干控制问题的研究[D];南京理工大学;2005年
2 史先鹏;模块化移动机械臂运动规划与控制[D];华东理工大学;2010年
3 刘庆波;水平运动的欠驱动机器人运动规划与控制研究[D];北京工业大学;2009年
4 尹晓红;自动引导车运动分段控制技术研究[D];合肥工业大学;2011年
5 谭跃刚;基于非完整约束的欠驱动机械手及其运动控制的研究[D];武汉理工大学;2005年
6 祝晓才;轮式移动机器人的运动控制[D];国防科学技术大学;2006年
7 郭丙华;非完整移动机器人运动规划研究[D];华南理工大学;2003年
8 胡终须;非完整移动机器人的鲁棒控制研究[D];华南理工大学;2000年
9 王旭阳;类人机器人非规则运动规划与抗干扰控制研究[D];上海交通大学;2008年
10 谢文龙;机器人系统运动规划与协调的研究[D];上海交通大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 毛建;轮式机器人控制问题的研究[D];南京理工大学;2002年
2 孟凡莉;非完整系统的状态反馈控制与指数收敛[D];曲阜师范大学;2011年
3 许刚;移动机器人仿真平台的构建及路径规划问题研究[D];南京理工大学;2004年
4 杨奇;轮式机器人的实时障碍物识别和视觉导引[D];沈阳理工大学;2011年
5 林冠楠;移动机械臂跟踪控制与运动规划研究[D];上海交通大学;2012年
6 左克群;非完整移动机器人系统的操舵原理与轨迹跟踪控制的研究[D];武汉理工大学;2003年
7 郑国云;移动机器人角焊缝轨迹跟踪仿真及智能控制系统[D];南昌大学;2005年
8 唐春松;非完整端口受控哈密尔顿系统的轨迹跟踪研究[D];东华大学;2010年
9 张义刚;一种球形机器人的运动规划和控制研究[D];西安电子科技大学;2006年
10 何鹏;非完整多关节机械手动力学特性的研究[D];武汉理工大学;2007年
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