【摘 要】
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轮式移动机器人是一类典型的非完整系统,具有多输入多输出耦合欠驱动非线性的特性,其运动控制问题难度较大,而设计单一控制器实现移动机器人跟踪与镇定的统一控制是最具挑战性的难点之一。本文以包含有多种不确定性且控制输入受限的轮式移动机器人系统为对象,基于李雅普诺夫稳定性理论和动力学模型,研究其轨迹跟踪与镇定统一模型建模与控制器设计方法。主要研究内容如下:（1）针对轮式移动机器人的跟踪与镇定统一控制,利用反
【基金项目】
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国家自然科学基金青年基金项目:具有复杂不确定性的轮式移动机器人抗饱和跟踪与镇定统一控制,编号:51605093；
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轮式移动机器人是一类典型的非完整系统,具有多输入多输出耦合欠驱动非线性的特性,其运动控制问题难度较大,而设计单一控制器实现移动机器人跟踪与镇定的统一控制是最具挑战性的难点之一。本文以包含有多种不确定性且控制输入受限的轮式移动机器人系统为对象,基于李雅普诺夫稳定性理论和动力学模型,研究其轨迹跟踪与镇定统一模型建模与控制器设计方法。主要研究内容如下:（1）针对轮式移动机器人的跟踪与镇定统一控制,利用反演技术分别设计了系统的运动学和动力学控制器,在运动学控制器中引入一种时变信号来解决轨迹跟踪与镇定的统一控制的结构障碍,通过自适应神经网络控制方法来补偿系统的不确定性和外部扰动,同时还对控制器引入一种动态有界输入约束机制,解决系统的控制输入受限问题。（2）提出了一种抗饱和自适应模糊控制的移动机器人光滑全局跟踪与镇定的统一控制器。以链式系统形式表征移动机器人运动学模型,采用横截函数方法,扩展链式系统控制输入,建立与原系统等价的、输入输出完全解耦的无奇异全驱动系统,建立包含不确定性和外部扰动的动力学控制模型。基于反演技术设计统一控制器,利用自适应模糊控制来逼近系统未知时变总体不确定性,同时对控制器增加一种动态控制输入约束机制,实现有界输入饱和控制。（3）针对（2）所建立的链式系统统一控制模型,提出一种结合观测器和饱和函数的统一控制器,通过一类非线性扩张状态观测器来估计模型中的的总体不确定性,利用饱和函数保证控制器在输入约束范围之内。（4）针对轮式移动机器人Heisenberg系统形式的跟踪与镇定统一控制问题,通过引入时变动态振荡器,解决其运动学轨迹跟踪与镇定统一控制的结构障碍。通过反演技术,提出一种结合滑模控制和自适应神经网络控制的统一控制器,利用自适应神经网络控制来补偿系统的不确定性和外部扰动,再结合滑模控制进一步消除补偿误差,提高了控制精度。对控制器引入动态控制输入约束机制,解决系统执行器饱和约束问题。Lyapunov方法证明上述统一控制器可使得闭环控制系统稳定且渐进收敛,仿真结果表明该方法的有效性。
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