轮式农业移动机器人轨迹跟踪控制研究

【摘要】：农业机器人是自动化技术和机器人技术运用于农业领域的一大产物,可以代替人们在恶劣环境中进行农业生产,提高生产效率,降低劳动强度,在农业现代化进程中,发挥着不可替代的作用。随着农业机器人的发展,传统的控制方法难以满足其对运动控制性能的要求,需要进一步设计先进的控制算法,获得更优越的运动控制性能。为此,本文针对轮式农业移动机器人,建立数学模型,着重研究轨迹跟踪控制算法。本文的主要工作如下:(1)分别建立轮式农业移动机器人的运动学模型、动力学模型和执行器模型,并介绍稳定性理论、反步控制方法、自适应控制方法以及三种常见模糊逻辑系统的理论知识。(2)基于机器人的运动学模型设计速度控制器,同时实现其镇定和轨迹跟踪控制。首先,利用参数投影算法估计运动学模型中的未知物理参数,设计自适应速度控制器;然后,运用稳定性理论证明系统的镇定误差和轨迹跟踪误差渐近收敛于零;最后,通过MATLAB仿真验证控制算法的有效性。(3)基于机器人的动力学模型设计力矩控制器,同时实现其镇定和轨迹跟踪控制。首先,考虑其动力学模型中存在内部参数不确定性、内部阻尼和外部干扰,采用模糊逻辑系统拟合未知的非线性函数,利用自适应律估计含有最优模糊权重矩阵的范数、模糊估计误差的上界和外部干扰的上界的未知参数;然后,运用动态面控制技术设计自适应模糊控制器,实现其镇定误差和轨迹跟踪误差一致有界;最后,通过MATLAB对比仿真验证算法的有效性。(4)基于机器人的执行器模型设计电压控制器,实现其轨迹跟踪控制。首先,选择合适的速度控制器;然后,利用自适应律估计执行器模型中的未知参数,采用反步控制方法设计电压控制器;最后,通过MATLAB仿真验证算法的有效性。