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非完整系统若干控制问题的研究
中文名称: 非完整系统若干控制问题的研究
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论文编号: 3121725收藏本论文】【我的收藏】【我要投稿
英文名称: Study on Several Control Problems of Nonholonomic System
学位类型: 博士毕业论文
作者: 涉及隐私,隐去***  作者本人请参看权力声明>>
导师: 涉及隐私,隐去***
毕业学校: 涉及隐私,隐去***
专业: 控制理论与控制工程
毕业年份: 涉及隐私,隐去***
关键字: 非完整系统 运动规划 镇定控制 轨迹跟踪 轮式机器人 机器人 自动控制理论
简介目录: 点击此处 免费索取本论文简介和目录>>
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论文简介:非完整约束广泛存在于轮式移动机器人、柔性机械手、人造卫星、航天飞机等系统中。非完整约束的存在使得这些系统更加难以控制,但是其可控性的特点又使得对其控制问题的研究和工程实现更具挑战性。因此,对非完整系统的控制问题的研究具有重要的理论意义和广阔的应用前景。 本文针对运动规划、镇定和轨迹跟踪三方面的问题,对非完整系统的控制作了较广泛和深入的研究,主要内容有: 1.以非完整链式系统为对象,研究了运动规划问题。首先提出了一种基于Bang-Bang控制的切换策略设计方法,利用此方法得到的切换策略能在有限的时间内,经过控制输入的有限次切换,使得非完整单链系统从有界的初始状态运动到终止状态。然后,针对传统Bang-Bang控制下,控制输入的剧烈变化对系统造成的不利影响,又提出了一种柔化Bang-Bang控制设计方法,这种方法减小了Bang-Bang控制输入的变化幅度。最后将柔化Bang-Bang控制的设计方法推广到非完整多链系统,实现了非完整多链系统的运动规划。 2.以非完整链式系统和一类不能化为链式标准型的非完整系统为对象,研究了镇定控制问题。首先针对非完整单链系统提出了一种基于不变流形,迭代求解控制律的方法,利用此方法设计了非连续时不变反馈控制律,同时得到了在该控制律作用下,n维非完整单链系统各状态的解析解。然后将此方法扩展到带有m+1个输入的m链非完整系统,解决了此类系统的局部反馈镇定问题。最后针对一类不能化为链式标准型的非完整系统,提出了非连续时不变反馈控制律和时变连续反馈控制律,分别实现了其局部和全局的反馈镇定控制,并针对系统中参数不确定的情况,设计了两种自适应反馈控制律,即自适应非连续时不变控制律和自适应连续时变控制律,实现了此类系统存在不确定参数时的反馈镇定控制。 3.以两类轮式机器人为对象,研究了非完整系统的轨迹跟踪控制问题。首先通过对一类几何中心与轮轴中心不重合的移动机器人跟踪控制的研究,应用Lyapunov直接法和Barbalat引理证明了其全局渐近跟踪控制律的存在性,并构造出轨迹跟踪控制律,用此跟踪控制律实现了目标输入定常和时变时,对同结构目标机器人的全局渐近跟踪。然后通过对四轮移动机器人的跟踪控制的研究,应用Backstepping方法和Lyapunov理论证明了此类系统渐近跟踪控制律的存在性,并导出了反馈跟踪控制律。最后通过仿真实验验证了所设计的反馈跟踪控制律的控制性能。 4.通过对一个实际轮式移动机器人系统的控制,验证了以上提出的几种控制方法的控制性能,通过实验结果,分析了所提方法在鲁棒性等方面的不足。提出了一些改进的意见和方法,并对进一步的研究作了展望。
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