【摘 要】
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移动机器人在自动化、灵活性和安全性三个方面的独特优势使其被广泛应用到3C电子、物流、汽车制造等诸多领域,轨迹跟踪控制作为移动机器人的核心技术之一,获得了许多研究学者的关注。移动机器人作为一个复杂的非线性系统,受到动态耦合、外部干扰和参数不确定性等扰动的影响。上述这些因素对高精度、强鲁棒控制系统的设计带来了巨大的困难。为了解决上述问题,本文进行了如下研究工作:(1)针对车轮存在侧向滑动和纵向滑动问题
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移动机器人在自动化、灵活性和安全性三个方面的独特优势使其被广泛应用到3C电子、物流、汽车制造等诸多领域,轨迹跟踪控制作为移动机器人的核心技术之一,获得了许多研究学者的关注。移动机器人作为一个复杂的非线性系统,受到动态耦合、外部干扰和参数不确定性等扰动的影响。上述这些因素对高精度、强鲁棒控制系统的设计带来了巨大的困难。为了解决上述问题,本文进行了如下研究工作:(1)针对车轮存在侧向滑动和纵向滑动问题,研究了运动学系统抗干扰问题,并且设计了一种线性自抗扰控制器。首先,建立了受扰下的运动学模型;然后,采用扩张状态观测器估计系统扰动,并对扰动估计进行前馈补偿,构建反馈控制律;最后,实验结果验证了所提出控制方法的有效性。(2)上一部分研究了运动学控制系统的抗干扰问题,该部分对动力学控制系统的干扰抑制问题进行研究,提出了一种有限时间收敛的级联控制框架。首先,推导出了理想条件下的运动学模型和干扰下的动力学模型;然后,基于反演控制方法设计了运动学控制器。另外,基于有限时间控制方法设计了动力学控制器,该控制器由有限时间控制器和有限时间扰动观测器两部分组成。接着,验证了闭环系统的稳定性。最后,仿真对算法的优越性进行了验证。(3)前两部分研究的内容未同时考虑运动学和动力学系统存在扰动的情况,所以接下来对运动学和动力学系统的抗干扰问题展开研究,提出了一种基于连续滑模控制器和非线性扰动观测器的级联控制框架。首先,推导扰动条件下的运动学模型和动力学模型;然后,开发了两个非线性扰动观测器对运动学模型和动力学模型中的扰动进行估计;接着,基于干扰估计提出了级联连续滑模控制框架。最后,仿真和实验结果验证了所提控制算法的优越性。本文研究了移动机器人的轨迹跟踪系统的抗干扰问题,仿真和实验表明本文提出的控制方法能够显著地提高系统的鲁棒性和跟踪性能。
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