基于模型预测控制的移动机器人路径跟踪控制

《基于模型预测控制的移动机器人路径跟踪控制》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、Ｐ２７３单位代码：１０１８３分类号：Ｔ２０１２２０９３密级：公研究生学号：巧开戀吉林大学硕女学位论文学术学位（）基于模型预测控制的移动机器人路径跟踪控制ｄｏｎＰａｔｈＦｏｌｅｄＭｏｂｉｌｅＲｏｂｏｔｓ巨ａｓｅｌｌｏｗｉｎｇＣｏｎｔｒｏｌｏｆＷｈｅｅＭｏｄｅｌＰｒｅｄｉｃｔｉｖｅＣｏｎｔｒｏｌ作者姊名：刘洋专业：控制理论与控制工程研究方向：路径跟踪及模型预测控制指导教师：于树友副教授培养单位；通信工程学院２０１６年

2、６月未经本论文作者的书面授权，依法收存和保管本论文书面版本、电子版本的任何单位和个人，巧不得对本论文的全部或部分内容进行任何形式的复制、修改、发行、出租、改编等有碍作者著作权的商业性使用（但纯学术性使用不在此限）。否则，应承担侵权的法律责任。吉林大学硕±学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交学位论文，是本人在指导教师的指导下，独立进行研巧工作所取得的成果。踪文中己经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的作品成果。对本文的研巧做出

3、重要贡献的个人和集体Ｉ均己在文中臥明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期ｌ：２日１６年月Ａ日｜＾基于模型预测控制的移动机器人路径跟踪控制PathFollowingControlofWheeledMobileRobotsBasedonModelPredictiveControl作者姓名:刘洋专业名称:控制理论与控制工程指导教师:于树友副教授学位类别:工学硕士4答辩日期:2016年6月日前前前言言言轮式移动机器人是非线性约束系统的典型代表，本文

4、将其选择为运动控制对象，研究了非线性系统的路径跟踪控制问题。由于非线性模型预测控制(NonlinearModelPredictiveControl,NMPC)不仅具有在线优化和滚动控制的优点，而且能够处理系统的状态约束和输入约束。因此，本文将NMPC控制方案应用于轮式移动机器人的运动控制，实现了机器人对期望路径的跟踪控制。具体工作包括：(1)在对路径跟踪问题进行描述后，详细推导并建立了轮式移动机器人的运动学模型，确立了路径跟踪的控制任务。(2)设计NMPC控制器，给出开环优化问题具体的数学形式和

5、程序求解步骤，并对优化问题的可行性和控制器的收敛性进行了理论分析。(3)基于非线性多面体描述和线性矩阵不等式求解了保证NMPC方案可行性和收敛性的非零终端要素，并通过仿真实验对比分析了基于终端不等式约束的NMPC和基于终端等式约束的NMPC在系统动态和计算负担方面的不同特点。(4)对求解时变的路径跟踪问题而言，固定形式的终端域具有保守性。为解决这一问题，本文最后设计了改进算法—基于时变终端的NMPC方案，仿真结果表明此方法不仅兼顾了路径跟踪问题的时变实质和控制需求，并且扩大了每一时刻系统的终端域

6、。本文研究工作得到973课题(No.2012CB821202)和国家自然科学基金(No.61573165,No.61520106008)的资助。摘摘摘　　　要要要基基基于于于模模模型型型预预预测测测控控控制制制的的的移移移动动动机机机器器器人人人路路路径径径跟跟跟踪踪踪控控控制制制学学学生生生姓姓姓名名名：：：刘刘刘洋洋洋专专专业业业名名名称称称：：：控控控制制制理理理论论论与与与控控控制制制工工工程程程指指指导导导教教教师师师：：：于于于树树树友友友副副副教教教授授授在控制理论中，路径跟踪(P

7、athFollowing)是继设定点镇定、轨迹跟踪之后一类重要的运动控制问题。同轨迹跟踪相比，路径跟踪控制器需要同时确定待跟踪期望路径的信息和控制运动对象的系统动态。路径跟踪控制广泛存在于数控机床跟踪磨削、移动机器人运动控制、飞机或轮船的航迹控制和智能车自主驾驶等领域，对路径跟踪及其分支问题进行研究，不仅可以丰富运动控制的理论成果，还可以满足多领域对运动控制技术越来越高的要求，具有重大的理论和工程意义。轮式移动机器人是非线性约束系统的典型代表，本文将其选择为运动控制对象，对其路径跟踪控制问题进行

8、了研究。同其他控制方法相比，非线性模型预测控制(NonlinearModelPredictiveControl,NMPC)具有滚动优化和反馈校正的机理，能够处理系统的状态约束和输入约束。本文将NMPC控制方案应用于轮式移动机器人的运动控制，实现了机器人对期望路径的跟踪控制。本文按照如下的系统设计步骤完成了轮式移动机器人路径跟踪控制系统的设计：问题描述、建立被控对象数学模型、依据控制目标设计控制器、闭环系统稳定性分析和仿真验证。本文首先对路径跟踪控制进行了问题描述，推导并建立了轮式移动机器人的运动