【摘 要】
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本文以一组非完整约束两轮移动机器人为对象,研究基于领航-跟随机制的多机器人系统编队控制问题。在运用滑模控制方法实现队形控制的基础上,着重处理编队系统中的不确定性问题。 首先,根据单个机器人运动学模型,考虑实际环境中机器人负载变化、参数摄动、测量噪声、摩擦、传动系统的非线性及外部扰动等诸多不确定性的影响,引入包含不确定性的动力学模型。采用领航-跟随机制,建立了编队系统的动力学模型,并对整个编队系统
【机 构】
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华北电力大学(北京) 华北电力大学
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本文以一组非完整约束两轮移动机器人为对象,研究基于领航-跟随机制的多机器人系统编队控制问题。在运用滑模控制方法实现队形控制的基础上,着重处理编队系统中的不确定性问题。
首先,根据单个机器人运动学模型,考虑实际环境中机器人负载变化、参数摄动、测量噪声、摩擦、传动系统的非线性及外部扰动等诸多不确定性的影响,引入包含不确定性的动力学模型。采用领航-跟随机制,建立了编队系统的动力学模型,并对整个编队系统中存在的不确定性划分为匹配不确定性和非匹配不确定性。同时,为了减少机器人之间的通信量,将领航者的速度控制信息作为非匹配不确定性处理,跟随机器人不需获得其具体信息。
第二,在考虑匹配不确定性的情况下,提出了常规滑模和终端滑模两种控制方法,分别阐述了控制器的设计过程、参数的选取原则,并对系统的稳定性进行了分析。以三个机器人组成的编队系统为例,通过仿真验证了两种滑模控制方法的有效性及滑模控制方法的不变性。
第三,机器人在实际运动中往往易受非匹配不确定性的影响,因此,在假设不确定性有界且上界已知的情况下,引入积分滑模控制方法。根据拿雅普诺夫稳定性理论分析编队系统在滑模阶段的渐进稳定性以及滑动模态的可达性。最后针对匹配和非匹配不确定性的两种情况分别进行了仿真验证。
第四,不确定性的上界大多采用的是预估值,难以得到精确值,因此,针对不确定性上界未知的情况下,提出一种基于模糊补偿的自适应滑模控制策略,旨在利用模糊补偿器去跟踪编队系统中的非匹配不确定性。仿真结果验证了该方法可以有效的提高编队精度。
最后,总结本文的研究成果,展望今后研究方向。
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