轮式机器人系统自抗扰控制研究

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1、硕士学位论文MASTERDISSERTATION论文题目轮式机器人系统自抗扰控制研究作者姓名范晓钊学位类别工程硕士指导教师杨洪玖2016年5月中图分类号：TP13学校代码：10216UDC：621.3密级：公开工程硕士学位论文(工程设计)轮式机器人系统自抗扰控制研究硕士研究生：范晓钊导师：杨洪玖副导师：徐春阳申请学位：工程硕士工程领域：控制工程所在学院：电气工程学院答辩日期：2016年5月22日授予学位单位：燕山大学ADissertationfortheMasterDegreeinControlEng

2、ineeringRESEARCHONACTIVEDISTURBANCEREJECTIONCONTROLOFWHEELEDROBOTSYSTEMbyXiaozhaoFanSupervisor:Prof.HongjiuYangYanshanUniversityMay,2016燕山大学硕士学位论文原创性声明本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文《轮式机器人系统自抗扰控制研究》，是本人在导师指导下，在燕山大学攻读硕士学位期间独立进行研究工作所取得的成果。论文中除已注明部分外不包含他人已发表或撰写过的研究成果。

3、对本文的研究工作做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式注明。本声明的法律结果将完全由本人承担。作者签字：日期：年月日燕山大学硕士学位论文使用授权书《轮式机器人系统自抗扰控制研究》系本人在燕山大学攻读硕士学位期间在导师指导下完成的硕士学位论文。本论文的研究成果归燕山大学所有，本论文的研究内容不得以其它单位的名义发表。本人完全了解燕山大学关于保存、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关部门送交论文的复印件和电子版本，允许论文被查阅和借阅。本人授权燕山大学，可以采用影印、缩印或其它复制手段保存论文

4、，可以公布论文的全部或部分内容。保密□，在年解密后适用本授权书。本学位论文属于不保密□。（请在以上相应方框内打“√”）作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日摘要摘要非完整轮式移动机器人是自动化领域研究和开发的一个重要课题，而轨迹跟踪控制作为轮式移动机器人的一项重要技术，对它的研究具有很强的理论价值和实际意义。目前，对于轮式移动机器人系统的研究尚不成熟，尤其是系统中存在未知非线性等问题时，其研究就变得更加困难。针对上述问题，本文引入自抗扰控制方法，围绕轮式移动机器人系统轨迹跟踪控制等问题进行了相关

5、研究。首先，针对简单的轮式移动机器人运动环境中的跟踪控制问题，考虑到轮式移动机器人系统带有内外扰动等非线性因素情况下，设计了基于自抗扰控制的鲁棒跟踪控制方案，以便实现该系统给定的跟踪控制任务。通过Lyapunov稳定性理论，我们得到了该系统达到全局一致稳定性的充分条件。最后，仿真结果验证了所设计控制方案的合理性和有效性。其次，考虑与上述相同控制任务的基础之上，为完成带有内外扰动等非线性因素的轮式移动机器人系统的控制任务，提出基于自适应扩张状态观测器的鲁棒跟踪控制算法。扩张状态观测器用于估计该系统存在的

6、非线性因素。设计Lyapunov函数，我们给出相应的闭环系统稳定性分析，并证明了所设计控制算法的有效性。最后，通过仿真对算法有效性进行了验证。再次，考虑轮式移动机器人在控制输入受限情况下的跟踪控制问题，引入经典的饱和函数，设计了基于自抗扰控制的饱和跟踪控制律，所设计的饱和控制律实现了轮式移动机器人在控制受限情况下给定的轨迹跟踪任务，并借助Lyapunov稳定性理论，对闭环系统进行了稳定性分析和证明。最后，对直线和圆型轨迹分别进行了跟踪控制，仿真结果验证了该控制器的有效性。最后，针对较为复杂的轮式移动机

7、器人运动环境中的避障跟踪控制问题，并利用人工势场方法，设计了基于自抗扰控制的轨迹跟踪避障控制方案，给出了相应的理论分析，并证明了所设计控制方案的有效性。在Matlab环境下对直线轨迹和圆形轨迹进行了轨迹跟踪避障控制仿真。仿真结果表明与传统的PID控制方法相比，本文所设计的控制器不仅提高了跟踪精度而且具有强鲁棒性。关键词：轮式机器人；自抗扰控制器；轨迹跟踪；避障控制；输入饱和-I-AbstractAbstractThenonholonomicwheeledmobilerobothasbeenanimpo

8、rtantsubjectofresearchanddevelopmentinautomatizationfield,andtrajectorytrackingcontrolisanessentialtechnologyforawheeledmobilerobot,therefore,thestudyofithasgreattheoreticalvalueandpracticalsignificance.Atpresent,theresearchforaw