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《重庆大学》 2012年
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户外轮式移动机器人的智能运动控制方法研究

李硕  
【摘要】:轮式移动机器人是一个集周围环境感知、路径规划导航和决策、运动控制与执行等各种功能于一体的综合系统。轮式移动机器人结构简单,运动灵活,在许多领域都应用广泛。当轮式移动机器人在户外运动时,不可避免地会受到比在室内运动更多不确定的干扰,诸如外部扰动、负载变化及死区等,都会对系统的稳定性造成影响。因此如何克服这些干扰,是提高户外轮式移动机器人运动控制性能的关键。 本文从轮式移动机器人的运动学特性出发,通过利用一种基于路径偏差的运动学模型,设计了模糊自适应的死区补偿方法,在此基础上,针对轮式移动机器人运动过程的参数摄动和外部扰动的控制问题,研究多模态控制和模糊PID控制相结合的运动控制方法,以进一步改善运动控制的动态性能。主要工作包括: 首先,根据轮式移动机器人的运动状态与位移和角度偏差关系的运动学模型,得到本文研究的轮式移动机器人的传递函数,并对系统的死区特性进行了分析。 其次,通过分析未知的系统死区对机器人运动控制的影响,根据轮式移动机器人的运动特性,使用模糊控制的方法并结合在线估计死区的方法对控制系统进行自适应的死区补偿。运用李亚普洛夫稳定性理论对系统进行稳定性分析,证明了机器人系统跟踪误差的收敛性。仿真分析表明,文中方法对未知的死区能够起到有效的补偿作用,其快速性和准确性均优于未加模糊自适应的死区补偿器的控制方法。 然后,针对户外轮式移动机器人的运动过程中存在参数摄动和外部扰动等因素影响,从轮式移动机器人的运动学特性出发,根据轮式移动机器人输出误差的状况,提出多模态控制和模糊PID控制相结合的控制方法。利用误差和误差变化率的特征信息,进行特征辨识,根据特征辨识选取相应的控制策略。根据系统的误差及误差变化,提出一种基于模糊规则的控制参数在线整定方法。 仿真实验表明,多模态控制和模糊PID控制相结合的控制方法对系统参数摄动和外部扰动有良好的抑制作用,本文的方法与传统的PID和模糊PID控制方法相比,能较好地弥补了系统参数摄动的影响,提高了机器人运动控制品质。
【学位授予单位】:重庆大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:TP242

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【参考文献】
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