室外变电站作为电力系统的重要组成环节,对变电站设备运行状态进行定期巡检是保证变电站长期、稳定、高效运行的必要条件。目前室外变电站巡检方式多为人工巡检,劳动强度大且准确性和及时性无法保证。变电站巡检机器人作为一种智能化的自主巡检系统,已成为变电站无人巡检的研究热点。因此,本文以变电站巡检机器人为研究对象,对巡检机器人在运动过程中的路径规划和轨迹跟踪控制问题进行了深入研究,以实现在巡检过程中导航与运动控制的精确控制。本文的主要研究内容如下:(1)对变电站巡检机器人的工作环境及巡检要求进行分析,确定其驱动方案。介绍了完整性与非完整性系统的概念及判别方法,并对变电站巡检机器人的约束性进行分析。建立了巡检机器人的运动学和动力学模型,为巡检机器人的路径规划和轨迹跟踪控制研究奠定了基础。(2)采用快速扩展随机树算法(RRT)对变电站巡检机器人在已知环境中的全局路径规划问题进行研究。引入目标偏差采样策略和添加角度参数的度量函数,对RRT算法进行改进,然后对得到的路径进行平滑优化。仿真结果表明,改进后的RRT算法能够为机器人规划出一条自出发点至目标巡检点的最经济路径。(3)研究了基于变电站巡检机器人运动学模型的轨迹跟踪问题。针对理想状态下的机器人轨迹跟踪问题,基于滑模变结构控制算法,设计了一种改进趋近律的滑模变结构控制律,提高轨迹跟踪的稳定性;然后在此基础上引入模糊控制方法,设计了模糊控制器,对滑模变结构控制律中的参数进行在线调整以提高系统快速性。仿真结果表明,所设计的控制器可以使巡检机器人获得良好的轨迹跟踪性能。(4)基于变电站巡检机器人运动学和动力学模型,设计了一种基于扰动观测器的滑模变结构轨迹跟踪控制器。首先针对运动学模型设计了虚拟速度控制器,然后基于动力学模型选取积分滑模面设计力矩控制器,针对存在的外部扰动设计了扰动观测器,对扰动进行在线估计,并利用扰动观测器实现扰动的前馈补偿,使得系统误差可以渐近收敛到零。仿真结果表明,加入扰动观测器的系统可以有效地削弱系统抖振,获得更加优秀的轨迹跟踪控制效果。