文化演出日益成为现代人们丰富精神生活的重要形式，应用信息控制技术丰富舞台装置功能已越来越受到文化展演行业的关注，可作为演出载体的自主移动车台与舞台各系统的融合集控、多移动车台演出编队控制成为现代文化演出服务领域的研究热点。
　　在现实演出中，自主移动车台融合舞台集控网下轨迹跟踪失误、跟踪灯光视频动画不同步，以及本体故障和通信干扰时多移动车台群控演出失败时有发生。现有方法通常采用人工干预或者增加硬件成本手段处理，大大限制了自主移动车台在各类演出场景中的灵活和安全应用。因此开展围绕针对演出场景干扰和系统故障下的自主移动车台跟踪与编队控制研究，对于促进自主移动装备在现代演出中更好应用具有现实意义。
　　本文以演出中自主移动车台为对象，从单车台跟踪和多车台协调控制出发，通过综合运用预测控制和鲁棒控制等先进控制方法，对结合舞台摄像监控系统、舞台视效系统的自主移动车台精准跟踪控制和存在本体故障、通信故障的自主移动车台编队控制问题进行了深入研究。本文的主要工作如下：
　　(1)围绕戏曲演出实际需求，分析了一类自主移动车台硬件系统，并根据该自主移动车台驱动特点开展运动学和动力学建模研究，为后续自主移动车台的跟踪与编队控制方法研究提供支撑。
　　(2)针对具有舞台摄像监控的自主移动车台轨迹跟踪控制问题，提出了一种基于图像的预测跟踪控制方法，解决了演出场景下因车台抖动和舞台光照影响所造成的信息异常和执行器饱和约束。首先构建了基于视觉图像的轨迹跟踪误差模型。其次，综合干扰造成图像信息异常数据和执行器饱和问题，将跟踪误差模型转化为具有参数化不确定的线性化模型。进而，采用模型预测控制方法和线性矩阵不等式技术设计了轨迹跟踪控制器。仿真和实验验证表明该算法能保证自主移动车台可靠跟踪参考轨迹。
　　(3)针对具有舞台视效灯光的自主移动车台与灯光移动或视频动画播放不同步问题，提出一种基于模型预测的路径跟踪控制方法。首先，设计视效输出灯光几何中心运动的基线路径，并在此基础上建立了具有测量数据异常的参数化路径跟踪误差模型和具有时滞状态的参数化路径更新模型。通过设计无约束预测跟踪控制器，实现了系统有信息干扰和时滞状态下的路径跟踪。进一步提出了基于原始对偶神经网络的模型预测控制方法，实现系统有视效边界约束和车台驱动约束下的路径跟踪。仿真结果表明所设计的控制方法能够有效解决演出中车台与视效输出跟踪不同步问题。
　　(4)针对存在车台本体故障的多个同构自主移动车台安全编队控制问题，提出了一种切换拓扑下的容错编队控制方法。首先对控制系统中不确定扰动量进行投影匹配分解，进而通过设计分布式中间观测器来估计多种故障与未知状态信号。进一步，采用李雅普诺夫稳定性理论与线性矩阵不等式技术，设计了基于故障实时估计的容错跟踪控制器。实例仿真表明该方法能够实现车台本体出现驱动器和传感器等多种故障情况下的编队，并且观测器增益有效切换避免了编队系统的连续振荡，有效提高了舞台系统的安全性和稳定性。
　　(5)针对存在未知网络通信故障的多个异构自主移动车台安全编队控制问题，提出了一种基于齐次马尔可夫跳跃系统的编队控制方法。首先建立状态随机采样、资源受限、未知干扰等故障下的随机跳变系统模型。进而采用解耦技术、马尔可夫跳变系统方法和李雅普诺夫稳定性理论得到了编队控制系统随机渐近稳定的充分条件，并通过求解一组线性矩阵不等式得到了控制器增益参数。仿真研究表明所设计的控制策略能有效实现通信故障下异构自主移动车台实时编队控制。
　　最后总结了全文工作，并对自主移动车台的进一步控制研究提出了展望。