轮式移动机器人轨迹跟踪控制策略研究

来源 :大连海事大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:winchard
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近年来,轮式移动机器人(WMR)得到了广泛应用。作为一种自主地面移动机器人,WMR因其自身优势,受到了前所未有的关注,众多学者对其控制问题在不同层面提出了不同的看法。然而,移动机器人运动控制面对着环境复杂,通信资源紧张等问题,难以在单一模型层面设计控制器满足需求,多数研究者只在动力学或运动学单层面设计了有效的轨迹跟踪控制器。本文,将从运动学层面入手,提出新的轨迹跟踪控制律,继而考虑现实环境中网络控制,动力学,侧滑与滑动等情况,提出相应控制律,整合控制系统,完成轨迹跟踪控制任务。具体主要内容如下:1.针对轮式移动机器人系统,建立运动数学模型,在运动学层面,基于反步法与李雅普诺夫法设计连续反馈控制,结合相关的稳定性理论知识,证明该控制律使得系统一致稳定。并且,通过数值仿真证明,在提出的控制律作用下,轮式移动机器人能够跟随已知轨迹。2.考虑网络控制情况下,通信资源紧张问题,选取了具有代表性的事件触发机制。在理想环境下的移动机器人运动学模型基础上,分别设计了静态与动态事件触发策略。给出了稳定性分析证明,分析得出动态事件触发有着更大的触发间隔,静态事件触发的控制效果更好。3.运动学层面仅仅解决了广义速度控制量,考虑现实环境下,摩擦力转动惯量等因素,为了实现更好的控制效果,在动力学层面,引入非线性扩张状态观测器估计扰动,设计自适应滑模控制器,改善了传统滑模控制中的抖振问题。数值仿真验证了所提出的控制方法能够改善传统滑模控制的抖振问题,引入的非线性扩张状态观测器也能很好的估计扰动,给控制器提供了误差较小的扰动估计,提高了控制精度。4.考虑现实环境下,由于重力,移动机器人转弯等因素,导致轮子变形,轮子发生侧滑与滑动,针对侧滑与滑动下的移动机器人轨迹跟踪控制,分别建立了侧滑、侧滑与滑动下的移动机器人运动学数学模型,针对两种不同情况,分别设计了不同轨迹跟踪控制器,给出了详细的稳定性证明,数值仿真验证了所提出的控制律可以在侧滑、侧滑与滑动存在的情况下完成轨迹跟踪任务。
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