含有通信时延的非完整移动机器人的一致性

非完整机器人协同控制的研究是多智能体协同控制研究领域的重要分支。针对多个非完整链式系统无领航者的一致性问题,先通过链式变换将原始的(2,1)非完整系统转换为四状态的非完整链式模型;然后设计了一种分布式协调控制器,该控制器容许多非完整系统的通信拓扑为一般的无向图,并考虑了通信时延存在的情况。利用Lyapunov稳定性定理和La Salle不变原理对控制器的稳定性进行了证明,并设计了数值仿真实验,仿真结果证明了控制算法的有效性。     

非匹配条件下的非线性潜艇垂直面系统L2控制器设计

研究非匹配条件的非线性潜艇垂直面系统的信号跟踪控制问题。通过构造恰当的输入、输出及状态变量,将该问题转换为干扰抑制控制问题。基于相对阶的概念,给出了多输入多输出非线性系统的标准型及链式结构。以干扰抑制控制问题的定义为基础,提出并证明了不依赖于匹配条件的非线性链式结构系统的L2控制器设计定理;并以此设计了某型潜艇垂直面非线性系统的L2控制器。通过仿真验证了该控制器具有较好的动态性能和鲁棒性。     

面向无缆水下机器人水下对接的轨迹跟踪控制

针对欠驱动无缆水下机器人(autonomous underwater vehicle,AUV)的特点,面向水下对接的应用需要,在考虑其非完整约束的条件下,对水下机器人的非线性系统的可控性进行深入分析,并推导如何将非线性系统通过反馈变换转换成链式模型,在此基础上提出一种使用近似线性化的全状态反馈进行三维链式控制器设计的方法。最后,为了验证轨迹跟踪控制器的控制性能,在Matlab仿真环境下进行了实验,结果表明该方法可以实现路径跟踪误差的全局渐近稳定,验证了其有效性和合理性。     

不变流形在非完整链式系统镇定中的应用

该文研究了非完整链式系统的反馈镇定问题.针对非完整链式系统,构造了给定控制律下系统的不变流形,基于所构造的不变流形,提出了一种反馈镇定控制律的求解方法,并利用该方法求得了一个非连续时不变反馈控制律及控制律参数选择的充分必要条件,证明了所得控制律能使n维非完整链式系统各状态指数收敛于原点,求得了在该控制律作用下,非完整链式系统各状态的解析解.最后,利用仿真示例验证了所提控制律的有效性.     

非完整链式系统的非正则反馈全局K指数镇定

 利用非正则反馈线性化对非完整链式系统进行反馈镇定。构造一种不连续非线性变换, 将非完整链式系统转换成线性系统, 以便使用线性系统理论进行控制律设计。针对高维非完整链式系统, 显式构造出一个方便易用的不变集和切换规则。所获得的不连续控制律保证了闭环系统的指数收敛速度和控制输入的有界性。仿真结果验证了控制方案的有效性。     

面向AUV水下对接的轨迹跟踪控制研究

针对欠驱动AUV的特点,面向水下对接的应用需要,在考虑其非完整约束的条件下,对水下机器人的非线性系统的可控性进行深入分析,并推导如何将非线性系统通过反馈变换转换成链式模型,在此基础上提出一种使用近似线性化的全状态反馈进行三维链式控制器设计的方法。最后,为了验证轨迹跟踪控制器的控制性能,在Matlab仿真环境下进行了实验,结果表明该方法可以实现路径跟踪误差的全局渐近稳定,验证了其有效性和合理性。     

一类不确定非完整系统的鲁棒镇定

研究了具有强非线性干扰和强漂移项的链式非完整控制系统的镇定问题.设计出一种鲁棒状态反馈控制律,使得闭环系统全局收敛到原点.将Input-state scaling变换方式与Backstepping反推法相结合的技巧,应用于非完整控制系统的镇定,其中,Backstepping反推法以Lyapunov稳定为设计原则.系统的设计实现了系统全局镇定,同时具有良好的动静态性能.仿真结果验证了本设计控制律的有效性.     

轮式移动机器人滑移补偿鲁棒控制

提出了滑移补偿鲁棒控制策略. 首先建立包含滑移因素的移动机器人运动学模型,其中滑移量以附加的有界扰动形式引入. 借助链式系统理论,将带有滑移扰动的系统运动学模型转化成为一个标准的受扰链式模型,利用该模型的数学结构可以方便地设计变结构鲁棒控制器. 由稳定性分析可知,滑移补偿鲁棒控制器可以保证法向控制误差的收敛以及姿态误差有界. 仿真实验表明,设计的滑移补偿鲁棒控制器可以有效地消除滑移因素对轨线控制精度的负面影响,提高移动机器人在复杂地形条件下的可操作能力.     

动态反馈的一类不确定非完整移动机器人有限时间镇定

针对一类非完整移动机器人, 通过输入-状态变换得到一个三输入链式系统, 考虑其在含有不确定控制方向和外部扰动时动态反馈的有限时间镇定问题. 运用非光滑控制理论, 给出了新型切换设计算法, 并得到了不连续的三步切换控制器, 使得相应的闭环系统全局有限时间镇定. 通过数值仿真验证了该控制策略的有效性.     

未知视觉参数下的移动机器人动力学鲁棒镇定

针对具有未知参数的视觉伺服下带有非完整约束的一类移动机器人不确定扰动的动力学模型,提出新的反馈控制算法,实现了移动机器人的位姿镇定.首先,对于单目摄像机模型下的移动机器人运动学模型,将原始系统进行状态缩放变换,基于线性时变系统的稳定性理论,设计了非完整移动机器人运动的期望速度,实现了机器人的指数镇定;其次,对于带有不确定扰动的非完整移动机器人的动力学模型,利用计算力矩法设计力矩控制器,使得机器人的实际速度在有限时间内收敛至期望速度,并且通过了严格的数学证明.最后,仿真结果验证了所提控制器的有效性.     

具有参数不确定的移动机器人鲁棒轨迹跟踪控制

研究了具有参数不确定性的非完整移动机器人轨迹跟踪问题.综合考虑了移动机器人的运动学和动力学方程,首先采用输入-输出反馈线性化方法得到具有不确定性的线性化模型,系统中的不确定性满足匹配条件;然后基于积分滑模控制的思想设计了鲁棒轨迹跟踪控制器,保证了系统在整个响应过程中的鲁棒性,并且分析了参数不确定对控制器的影响,给出了一个闭环系统稳定的充分条件;最后对系统具有较大的参数摄动进行了仿真试验,结果表明所设计的控制器能够保证移动机器人有效性地跟踪期望轨迹.     

Adaptive trajectory tracking control of two-wheeled self-balance robot

Wheeled mobile robot is one of the well-known nonholonomic systems.A two-wheeled self-balancerobot is taken as the research objective.This paper carried out a detailed force analysis of the robot andestablished a non-linear dynamics model.An adaptive tracking controller for the kinematic model of anonholonomic mobile robot with unknown parameters is also proposed.Using control Lyapunov function(CLF),the controller's global asymptotic stability has been proven.The adaptive trajectory trackingcontroller d...     

不确定非完整移动机械手的鲁棒控制

为解决一类系统惯性参数不精确知道且受摩擦力和外界干扰力的不确定非完整移动机械手的跟踪控制问题 ,首先通过消去约束反力 ,将所讨论的控制问题转化成易于解决的等价控制问题 ;然后 ,通过适当的状态变换将系统转化成一种标准型 ;最后 ,利用该标准型的特点提出了解决不确定非完整移动机械手跟踪控制问题的鲁棒控制器。该文所提出的控制器不但能使闭环系统的状态渐近趋于给定的期望轨迹 ,而且具有计算简单的特点。为验证所提出控制律的有效性 ,对一类特殊的不确定移动机械手进行了数字仿真 ,仿真结果验证了所提出控制律的有效性。     

基于综合导向的车式移动机器人轨迹跟踪控制

分析了具有不确定性和非完整约束的车式移动机器人系统的轨迹跟踪问题.基于运动学模型分析,提出一种自适应的轨迹跟踪控制方法.通过引入状态微分反馈实现系统的镇定.同时引入人工场,使其和位姿误差一起作用于控制系统,从而改善了对车式移动机器人的导航控制.运用Lyapunov稳定性理论证明了控制器的稳定性.直线和圆周两种轨迹跟踪的仿真实验表明,该控制方法能够使四轮车式移动机器人在导航中具有理想的跟踪轨迹.     

基于综合导向的轮式移动机器人自适应轨迹跟踪控制

分析了不确定的具有非完整约束轮式移动机器人系统的轨迹跟踪问题,提出了一种自适应的轨迹跟踪控制方法,该方法在运动学模型的基础上通过引入状态微分反馈实现.同时,该控制方法提出在对轮式移动机器人进行导航时引入人工场,使其和位姿误差一起作用完成导航控制.基于轮式移动机器人的仿真实验,以及实际轮式移动机器人的控制实验表明,该方法可以对不确定的轮式移动机器人轨迹跟踪进行有效控制,而且在导航中使轮式移动机器人具有更理想的轨迹.     

非完整约束下的轮式移动机器人轨迹跟踪

研究轮式移动机器人运动控制中非完整约束系统的轨迹跟踪性能。从非完整约束定义入手,通过非完整约束系统的判据和特点,推导几类典型的轮式移动机器人的运动学模型。通过一类控制Lyapunov函数来构造系统的控制器。利用Matlab/Simulink建立了非完整约束下的二轮和三轮机器人运动学模型,设计控制器实现机器人对圆形轨迹的跟踪。仿真结果显示:该控制器轨迹跟踪性能为稳态。通过轨迹曲线得到2种机器人的运动特点和相互关系。     

Intelligent Integrated Control of Underactuated Mechanical Systems with Second-order Nonholonomic Constraints

This paper describes an intelligent integrated control of an acrobot, which is an underactuated mechanical system with second-order nonholonomic constraints. The control combines a model-free fuzzy control, a fuzzy sliding-mode control and a modelbased fuzzy control. The model-free fuzzy controller designed for the upswing ensures that the energy of the acrobot increases with each swing. Then the fuzzy sliding-mode controller is employed to control the movement that the acrobot enters the balance area from the swing-up area. The model-based fuzzy controller, which is based on a Takagi-Sugeno fuzzy model, is used to balance the acrobot. The stability of the fuzzy control system for balance control is guaranteed by a common symmetric positive matrix, which satisfies linear matrix inequalities.