摘要
本文以四轮全向移动机器人为研究对象，针对现有控制器误差收敛速度慢、质心与重心不重合、未知干扰较多、模型参数不确定或参数摄动等问题进行系统的研究，同时简单探讨了多移动机器人的编队控制。本文的主要研究内容如下： 1.四轮全向移动机器人数学模型的建立。基于四轮全向移动机器人运动学和动力学模型示意图，分析得到其约束方程，并归纳得到其数学模型的标准形式。然后，基于直流电机模型推导得到包含驱动电机信息的四轮全向移动机器人动力学模型。 2.针对质心与重心不重合的情况，提出了一种双幂次趋近律的快速滑模轨迹跟踪控制方法。首先，在考虑质心与重心不重合的基础上，结合移动机器人满足的运动学约束方程，得到其轨迹误差模型。然后，基于误差模型设计了新的滑模面，并运用双幂次趋近律来设计线速度控制器和角速度控制器，以此来提高系统误差的收敛速度。最后，证明了系统的稳定性并对其系统的收敛时间进行了定量的分析。仿真结果表明，本文设计的控制器响应速度快，稳定时间更短，系统的误差收敛速度快。 3.针对因模型参数摄动以及未知干扰导致轨迹跟踪控制性能变差问题，提出了一种基于ASMCFR的全向移动机器人轨迹跟踪控制器。首先，基于含驱动电机信息的动力学模型建立滑模控制器，并引入滤波器削弱抖震现象。其次，设计了参数自适应律来削弱参数摄动给控制性能带来的影响。然后，利用RBF神经网络对滑模控制律中切换增益进行实时调整，进一步降低抖震带来的影响。最后，证明了系统的全局稳定并进行了仿真验证。仿真结果表明，该方法能够很大程度削弱抖震现象，同时在降低模型参数变化带来的负面影响方面也具有显著的效果。 4.多移动机器人的编队控制。基于领航跟随方法提出了一种新的编队控制方法，领航机器人采用基于ASMCFR的轨迹跟踪控制器对理想轨迹进行跟踪；跟随机器人采用双环编队控制器对领航者进行跟随。双环编队控制通过位置控制器和姿态控制器来保证系统的稳定性。外环跟踪两机间距，然后产生角速率命令提供给内环；内环通过跟踪外环提供的角速度，完成跟随。最后，通过仿真验证了方法的可行性。
NETL