非完整系統(tǒng)若干控制問題的研究.pdf

1、非完整約束廣泛存在于輪式移動機器人、柔性機械手、人造衛(wèi)星、航天飛機等系統(tǒng)中。非完整約束的存在使得這些系統(tǒng)更加難以控制，但是其可控性的特點又使得對其控制問題的研究和工程實現(xiàn)更具挑戰(zhàn)性。因此，對非完整系統(tǒng)的控制問題的研究具有重要的理論意義和廣闊的應(yīng)用前景。 本文針對運動規(guī)劃、鎮(zhèn)定和軌跡跟蹤三方面的問題，對非完整系統(tǒng)的控制作了較廣泛和深入的研究，主要內(nèi)容有： 1．以非完整鏈?zhǔn)较到y(tǒng)為對象，研究了運動規(guī)劃問題。首先提出了一種基于B

2、ang-Bang控制的切換策略設(shè)計方法，利用此方法得到的切換策略能在有限的時間內(nèi)，經(jīng)過控制輸入的有限次切換，使得非完整單鏈系統(tǒng)從有界的初始狀態(tài)運動到終止?fàn)顟B(tài)。然后，針對傳統(tǒng)Bang-Bang控制下，控制輸入的劇烈變化對系統(tǒng)造成的不利影響，又提出了一種柔化Bang-Bang控制設(shè)計方法，這種方法減小了Bang-Bang控制輸入的變化幅度。最后將柔化Bang-Bang控制的設(shè)計方法推廣到非完整多鏈系統(tǒng)，實現(xiàn)了非完整多鏈系統(tǒng)的運動規(guī)劃。

3、 2．以非完整鏈?zhǔn)较到y(tǒng)和一類不能化為鏈?zhǔn)綐?biāo)準(zhǔn)型的非完整系統(tǒng)為對象，研究了鎮(zhèn)定控制問題。首先針對非完整單鏈系統(tǒng)提出了一種基于不變流形，迭代求解控制律的方法，利用此方法設(shè)計了非連續(xù)時不變反饋控制律，同時得到了在該控制律作用下，n維非完整單鏈系統(tǒng)各狀態(tài)的解析解。然后將此方法擴展到帶有m+1個輸入的m鏈非完整系統(tǒng)，解決了此類系統(tǒng)的局部反饋鎮(zhèn)定問題。最后針對一類不能化為鏈?zhǔn)綐?biāo)準(zhǔn)型的非完整系統(tǒng)，提出了非連續(xù)時不變反饋控制律和時變連續(xù)反饋控制律，分

4、別實現(xiàn)了其局部和全局的反饋鎮(zhèn)定控制，并針對系統(tǒng)中參數(shù)不確定的情況，設(shè)計了兩種自適應(yīng)反饋控制律，即自適應(yīng)非連續(xù)時不變控制律和自適應(yīng)連續(xù)時變控制律，實現(xiàn)了此類系統(tǒng)存在不確定參數(shù)時的反饋鎮(zhèn)定控制。 3．以兩類輪式機器人為對象，研究了非完整系統(tǒng)的軌跡跟蹤控制問題。首先通過對一類幾何中心與輪軸中心不重合的移動機器人跟蹤控制的研究，應(yīng)用Lyapunov直接法和Barbalat引理證明了其全局漸近跟蹤控制律的存在性，并構(gòu)造出軌跡跟蹤控制律，用

5、此跟蹤控制律實現(xiàn)了目標(biāo)輸入定常和時變時，對同結(jié)構(gòu)目標(biāo)機器人的全局漸近跟蹤。然后通過對四輪移動機器人的跟蹤控制的研究，應(yīng)用Backstepping方法和Lyapunov理論證明了此類系統(tǒng)漸近跟蹤控制律的存在性，并導(dǎo)出了反饋跟蹤控制律。最后通過仿真實驗驗證了所設(shè)計的反饋跟蹤控制律的控制性能。 4．通過對一個實際輪式移動機器人系統(tǒng)的控制，驗證了以上提出的幾種控制方法的控制性能，通過實驗結(jié)果，分析了所提方法在魯棒性等方面的不足。提出了一