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小麦精播机器人运动控制理论研究及应用

林海波  
【摘要】:小麦精播机器人是推广小麦精播技术、提高小麦产量的关键设备,是一种典型的非完整控制系统。关于非完整系统的控制问题在理论上已有一些成熟的算法,但是其中大多数工作局限于系统精确模型下的运动规划和控制算法的理论探讨与数值仿真。当系统模型中存在不确定参数或者外部扰动项时,许多算法就不再适用。为了推动轮式移动机器人的运动控制理论在实际中的应用,研究鲁棒控制、智能控制方法在轮式移动机器人中的应用,本文以小麦精播机器人控制系统为研究对象,对小麦精播机器人的运动控制理论进行了研究。本文主要研究内容如下:(1)根据课题要求,对小麦精播机器人的总体结构进行了设计,并以非完整系统理论为基础,建立了小麦精播机器人的运动学模型和动力学模型。(2)在前期所建立的模型基础上,研究了小麦精播机器人的轨迹跟踪问题。基于Backstepping的设计方法,建立了小麦精播机器人运动学模型的轨迹跟踪控制器,使闭环系统的全局一致渐近稳定。基于滑模控制思想,设计了基于小麦精播机器人动力学模型的鲁棒轨迹跟踪控制器,通过控制器增益参数的自适应更新,较好的抑制了不确定参数及外部扰动对系统的影响,使闭环系统达到稳定。(3)建立了小麦精播机器人控制系统方案,开发了小麦精播机器人实验平台和精密排种器实验台。最后以速度为主要参数,进行了整机实验,从实验数据可以得出小麦精播机器人控制系统在排种过程中工作平稳,排种各项指标满足小麦精播的农艺要求。本文的研究成果对小麦精播机器人的开发,以及小麦精密播种技术的推广应用起到一定的推进作用,具有重要的理论意义与实用价值。


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