网络环境下移动机器人的建模与控制方法研究

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随着网络技术与机器人技术的飞速发展,基于网络的机器人远程控制技术成为机器人领域的一个新的发展方向。本文主要针对网络环境下的移动机器人进行建模、分析与控制器设计的研究。 首先,分析了无网络环境下,一类两轮移动机器人的运动学模型,针对其轨迹跟踪控制问题,利用Lyapunov理论,设计具有全局渐近稳定跟踪控制律的方法。通过两轮移动机器人对直线和椭圆两种轨迹跟踪的仿真实验,验证了该控制器在两轮移动机器人轨迹跟踪控制中的有效性。 其次,分析了网络环境下,不同类型网络的时延特性,在讨论了时延网络控制系统建模与稳定性分析的基础上,深入研究了时延存在于控制器与执行器之间的移动机器人模型。通过对基于Lyapunov的全局渐近稳定控制律在存在网络时延情况下的仿真,分析了时延对移动机器人控制系统性能的影响。结果表明为保证系统性能和稳定性,必须采取有效的控制策略对网络时延进行补偿。 最后,分析了时延网络控制系统补偿控制器的设计问题。针对固定时延,采用一最优控制器作为前馈补偿并结合预测控制的算法;针对不确定时延,采用了基于BP神经网络误差校正的广义预测控制算法,该方法克服了系统的不确定性和一般广义预测控制的建模误差的影响。通过对移动机器人轨迹跟踪的仿真研究,结果表明了所使用的补偿控制方法对网络环境下轮式移动机器人控制系统的有效性。
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