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非完整约束轮式移动机器人鲁棒控制

刘艳伟  
【摘要】:现代自动控制技术的进步,为科学研究和空间探索工作开辟了更为广阔的空间,拓展了靠人力所不能及的新科学事业。自20世纪90年代到现在,人类逐步实现了6~10km深海探测;实现了对太阳系金星、火星、木星及木卫星等天体的探测。 如果将机器人看作是一种能够扩展人类工作能力的有效工具,那么人类在认识和改造世界的过程中就不能没有机器人。在机器人应用领域中,移动机器人是一个重要分支,也是重要的发展方向,因此对移动机器人运动控制问题的研究,一直倍受关注。 首先,本文在深入、系统的分析了非完整系统和轮式移动机器人控制方法的现状后,综述了非完整约束轮式移动机器人鲁棒控制问题,并简要阐述了关于非线性系统、鲁棒控制以及线性矩阵不等式等相关技术。 由于非完整约束WMR运动学方程中约束条件的存在,使得在世界坐标系下的点镇定问题变得十分复杂。本文针对非完整约束移动机器人“纯滚动无滑动”这个约束条件,设计了一种在极坐标系下基于Lyapunov函数的全局渐进镇定控制器。该方法使约束条件不显含于运动方程中,通过光滑定常状态反馈控制律,实现平衡点的渐进镇定,使机器人可以镇定到任意点。 在此基础上,为克服不确定扰动给系统带来的影响,设计出一种H_∞鲁棒控制器。严格来讲机器人运动系统既是非线性的,同时又存在各种不确定性扰动。往往正是因为这些不确定的扰动变量,使得对机器人系统的控制效果不能令人满意。本文采用LMI方法设计出一种H_∞观测器型控制器。该控制器对系统的不确定扰动有很强的鲁棒性。 最后,用MATLAB工具软件对前面所述两种控制器进行了仿真实验。仿真结果验证了文中所用方法的合理性和有效性。


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