非完整移动机器人系统的智能鲁棒控制研究

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1、控制研究，，．㈡—■1．；，／L，_===l√＼001、：—．●，■■-■一．、r，，．，‘frU．D．C：＼IIYilll111211111101IIIIl5Iill,4111111011111／511111111UlY2054051ADissertationfortheDegreeofD．EngResearchonIntelligentRobustControlofNonholonomicMobileRobotsCandidate：Supervisor：AcademicDegreeAppliedfor：Specialty：‘DateofSubmissi

2、on：Dateof0ralExamination：University：LiYandongProf．WangZongyiDoctorofEngineeringDetectionTechnologyandAutomaticEquipmentJan．12，2011‘Mar．17，2011HarbinEngineeringUniversity、I、警，-L，．矗4‘j．I哈尔滨工程大学学位论文原创性声明本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外

3、，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者(签字)：哈尔滨工程大学凌概日期：沙j，年方月钐日学位论文授权使用声明本人完全了解学校保护知识产权的有关规定，即研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于哈尔滨工程大学。哈尔滨工程大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件。本人允许哈尔滨工程大学将论文的部分或全部内容编入有关数据库进行检索，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文，可以公布论文的全部内容。同时本人保证毕业

4、后结合学位论文研究课题再撰写的论文一律注明作者第一署名单位为哈尔滨工程大学。涉密学位论文待解密后适用本声明。本论文(留在授予学位后即可口在授予学位12个月后口解密后)由哈尔滨工程大学送交有关部门进行保存、汇编等。㈣㈣：菇耘糸新c㈣：丑豸≮日期：汐，／年弓月，g日沙，／年弓月／矿日弋＼，盖趸’：l奠A．t≯▲6◆～，l>女厶‘、．弧，^‘·t奄I’a整移动机器人系统的智能鲁棒控制研究摘要轮式移动机器人系统是一种典型的多输入多输出的非完整约束动力学系统，同时也属于欠驱动非线性系统。一般的光滑反馈控制律无法应用于这样的系统，尤其在受负载变化、摩擦、外加干扰等不确

5、定因素影响时，更难以找到一种通用的、效果较好的控制方法实现其运动控制。因此，不确定性非完整移动机器人系统的控制问题已经引起了国内外控制界的高度重视和广泛关注。本文对国内外关于非完整性轮式移动机器人运动控制方面的研究成果进行了深入的分析，总结了常用的方法及现存的问题，并在此基础上完成了非完整性轮式移动机器人的轨迹跟踪控制，并对基于轨迹跟踪拓展的机器人编队控制进行了研究。主要开展了以下工作：首先，全面地介绍了非完整约束及非完整动力学系统的概念，建立了典型的非完整轮式移动机器人的数学模型，描述了其基本的性质及运动控制形式。针对具有负载变化及外加干扰的非完整轮式移

6、动机器人轨迹跟踪控制问题，进行了滑模控制设计，利用滑模控制克服机器人的参数与非参数不确定性；并在此基础上提出了非完整移动机器人的自适应模糊滑模动力学控制算法。其中，采用自适应分流运动学控制解决了由于大范围的初始位姿偏差变化而引起的速度跳变问题；同时，通过带有自适应调节算法的模糊控制来调节滑模控制的增益，增强了算法对随机不确定性的适应能力，并消除了滑模控制中的输入抖振现象。其次，进一步对无精确模型的非完整移动机器人的轨迹跟踪问题进行研究，基于径向基神经网络的万能逼近特性，将神经网络与滑模控制相结合，设计了一种双自适应神经滑模混合控制律，采用一个自适应神经网络

7、逼近机器人系统的未建模部分，另一个自适应神经网络用来调节滑模开关控制的增益部分，达到消除抖振的同时实现了无精确模型的移动机器人精确的轨迹跟踪控制。再次，提出了一种基于遗传优化的机器人递归模糊神经滑模控制。采用分段自适应’变异概率改进了实数编码遗传算法的变异操作，利用含此变异操作的遗传算法实现了运动学控制器参数的优化选取。通过所设计的多输入多输出的动态递归模糊神经网络对系统动态非线性不确定部分进行在线估计，使不确定性估计误差大大减小；通过与自适应鲁棒控制器结合应用，在克服移动机器人不确定性干扰、滑模控制消抖方面取得了很好的效果，保障了高精度的轨迹跟踪。最后，

8、将对单机器人的轨迹跟踪扩展到对多非完整移动机器人的编队控制。根据L