移动机器人自抗扰控制技术研究

来源 :南京航空航天大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:liongliong433
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移动机器人是包括地面移动机器人、空中无人机和水底无人潜航器等形式的无人移动系统。随着移动机器人应用领域的拓展,提升其控制系统各项性能指标的研究具有重要意义;与此同时,由于自抗扰控制技术的扩张状态观测器可以实现对扰动和系统状态的观测,基于自抗扰控制技术的控制系统具有良好抗扰动能力。因此,本文研究自抗扰控制技术及其在地面全向移动机器人和四旋翼空中机器人也即四旋翼飞行器运动控制律设计中的应用。首先,在分析移动机器人运动原理的基础上,建立其运动学模型。之后,分别基于拉格朗日第二方程和牛顿欧拉方程建立以位置和姿态角为状态变量的移动机器人动力学模型,为后文移动机器人自抗扰运动控制律设计做好铺垫。接着,分析自抗扰控制技术,并探讨其参数调节原理。在引入虚拟控制量实现系统控制解耦的基础上,完成地面全向移动机器人的位置和偏航角自抗扰运动控制律设计。在分析和简化飞行器运动学模型实现姿态系统解耦的基础上,没有基于小角度假设,完成四旋翼飞行器的自抗扰飞行控制律设计。然后,在MATLIB/Simulink中实现所设计自抗扰运动控制律以及移动机器人运动系统模型,设计具有对照组的数值仿真实验。完成了包括控制系统阶跃响应、抗扰动能力和鲁棒性的测试实验,完成了控制系统波特图的实验法绘制和移动机器人轨迹跟踪实验,完成了扩张状态观测器的扰动和系统状态观测实验。实验结果表明,所设计自抗扰运动控制律具有良好性能。最后,基于前文所设计自抗扰运动控制律,设计了运行于实时操作系统的移动机器人运动控制软件。根据软件功能将其划分为不同模块,在分析各模块作用原理的基础上,完成各模块程序设计。硬件在环仿真实验结果初步验证了控制软件的有效性。
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