【摘 要】
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迄今为止,轮式移动机器人的轨迹跟踪控制研究已经取了许多成果,但这些成果中只有少部分考虑了执行电机的饱和约束问题。对于实际的机器人系统,由于执行电机受到其本身机械特性的影响而存在饱和约束,若控制输入超过执行电机的最大限度,可能会降低系统的稳定程度甚至导致系统不稳定。因此对轮式移动机器人设计具有输入受限的轨迹跟踪控制器具有很高的现实意义。本文充分考虑到机器人的执行电机受到饱和约束的问题,对轮式移动机器
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迄今为止,轮式移动机器人的轨迹跟踪控制研究已经取了许多成果,但这些成果中只有少部分考虑了执行电机的饱和约束问题。对于实际的机器人系统,由于执行电机受到其本身机械特性的影响而存在饱和约束,若控制输入超过执行电机的最大限度,可能会降低系统的稳定程度甚至导致系统不稳定。因此对轮式移动机器人设计具有输入受限的轨迹跟踪控制器具有很高的现实意义。本文充分考虑到机器人的执行电机受到饱和约束的问题,对轮式移动机器人轨迹跟踪控制展开研究,主要工作如下:(1)对轮式移动机器人速度受限情况下的轨迹跟踪控制问题展开研究。首先,为了克服轮式移动机器人位姿与误差模型之间不是一一对应的关系的问题,采用了一个四阶运动学模型;然后,考虑到执行电机的饱和约束,基于四阶运动学模型设计了速度受限的轨迹跟踪控制律来保证机器人线速度和角速度均满足期望约束,并给出稳定性分析;最后,通过仿真和实验验证了该方法的有效性。(2)对轮式移动机器人速度和加速度受限情况下的轨迹跟踪控制问题展开研究。为了避免速度的急剧变化而导致执行电机在非正常状态下运转的情况发生,将机器人加速度受限也作为控制目标之一。首先,通过引入两个一阶滤波器来获得有界且一致连续的反馈信号;然后,将线速度和角速度作为控制输入,基于四阶运动学模型提出了一种可以使机器人速度和加速度受限的轨迹跟踪控制律,并给出稳定性分析;最后,对所提出的控制方法进行仿真和实验验证。(3)基于运动学和动力学模型,对轮式移动机器人速度和加速度受限情况下的轨迹跟踪控制问题展开研究。首先,建立了一个简化的动力学模型;然后,将(1)中所提出的运动控制律作为虚拟速度控制律,并提出了转矩控制律作为控制输入,来保证机器人速度和加速度受限;最后,通过仿真和实验验证了该方法的有效性。
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