多刚体系统的协调控制研究.pdf

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4、SubmittedtoNanjingUniversityofPostsandTelecommunicationsfortheDegreeofMasterofEngineeringByLvMengjiaoSupervisor:Prof.CaoKecaiMarch2015摘要随着计算机科学和控制科学的不断发展，一个复杂刚体所完成的一些人类无法完成的任务可以由多个简单的刚体合作完成，并且由于多刚体运作带来的诸多便利及好处，如高鲁棒性、强自适应性、灵活的可扩展性等，多刚体系统的协调控制问题受到了越来越多

5、的关注。本文深入研究了多刚体系统在不同维度运动时的一致性控制和编队控制问题。针对平面二维多刚体系统和空间三维多刚体系统，基于图论、非自治级联系统理论和非线性系统稳定性理论等方法，对多刚体系统的协调控制问题进行探讨，主要研究内容如下：第一、针对平面多刚体系统，以非完整移动机器人作为研究对象，对系统的一致性控制问题进行深入研究。利用非自治级联系统理论，基于非完整移动机器人结构，将复杂的系统一致性问题简化为两个子线性系统的一致性问题。本文提出了一种新的分布式控制器，无论参考信号是否为持续激励信号，该控

6、制器都能实现系统的一致性，且能一致到期望的参考值。第二、针对平面多刚体系统，仍以非完整移动机器人作为研究对象，对系统的编队控制问题进行深入研究。同样利用非自治级联系统理论，将系统模型进行简化，本文考虑系统的参考目标不满足持续激励条件，即收敛到零的情况，提出了一种新的编队控制器，引入外部扰动信号来克服系统的不可控性，该控制器能实现系统的编队控制，使系统按照指定轨迹运动。第三、针对空间多刚体系统，以垂直起降（VTOL）无人机作为研究对象，对系统的一致性控制问题进行深入研究。由于无人机的系统模型非常复

7、杂，本文利用非自治级联系统理论，将复杂的系统模型转换成较为简单的多阶积分器模型，并进一步将多阶积分器转换成两个较低阶积分器，提出一种新的分级控制器，该控制器能够实现系统状态的最终一致性。第四、针对空间多刚体系统，仍以垂直起降（VTOL）无人机作为研究对象，考虑存在时变通信时延的情况，对系统的姿态协调控制问题进行研究，运用虚拟系统方法，提出有效的姿态控制器，能够实现系统姿态的最终同步。关键词:协调控制，一致性控制，编队控制，级联系统，姿态同步IAbstractCooperativecontrolo

8、fmultiplerigidsystemshasreceivedconsiderablealotofattentioninrecentyearswiththerapiddevelopmentofcomputerscienceandcontroltheory.Adifficulttaskwhichcanbecompletedbyonecomplexrigidsystemcanalsobeaccomplishedbymultiplerigidsystems.Comparedwithsinglesys