非完整约束移动机器人运动控制研究

【摘要】：随着人类对未知领域的探索活动日益频繁,非完整约束移动机器人发挥着越来越大的作用。但由于机器人很多参数存在不确定性,而且在运动过程中,会受到外界环境施加的各种干扰,所以机器人的轨迹跟踪控制会遇到各种各样的困难。本文以一种非完整约束移动机器人为研究对象,探索不确定环境下的轨迹跟踪问题,主要内容如下:根据轮-地剪切作用机理建立了电机扭矩与非完整约束移动机器人运动加速度之间的关系,并且考虑了滚动阻碍系数及地面转向阻碍力矩外加各种未知的干扰,建立了移动机器人的非完整约束动力学模型。针对带有不确定干扰的非完整约束移动机器人动力学模型,建立了鲁棒H-infinite控制器,得到了满足跟踪误差系统稳定性关系的Riccati方程。然后基于Lyapunov方法获得了系统的稳定性条件,并使系统满足一定的性能指标。仿真结果验证了位移跟踪误差和速度跟踪误差都满足指定的性能指标,设计方法有效。在此基础上,考虑了外界干扰的变化率并利用其二阶导数设计了观测器;并根据非脆弱控制方法设计了一种新颖的具有增益自动调节功能的控制器。运用Lyapunov方法验证了跟踪误差系统的稳定性,使跟踪误差收敛到原点的一个小邻域。建立了跟踪误差系统的稳定性条件,通过求解LMI获得控制器的表达形式,数值仿真验证了所设计方法的有效性。