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移动机械手协调控制研究
其他题名Research on Coordinated Control of Mobile Manipulator Systems
宋佐时
学位类型工学博士
导师易建强
2005-04-01
学位授予单位中国科学院研究生院
学位授予地点中国科学院自动化研究所
学位专业控制理论与控制工程
关键词移动机械手系统 非完整系统 链式系统 不确定性 轨迹跟踪 Mobile Manipulator Nonholonomic System Chained System Uncertainty Trajectory Tracking
摘要移动机械手系统的协调控制问题具有重要的理论意义和实用价值。平台和机械手两个子系统的协调运动是移动机械手优于移动机器人和传统机械臂的根本所在,这使该系统具有更加明显的实用价值;而有的平台受到非完整约束,使移动机械手成为典型的非完整系统,非完整系统的控制一直是控制理论界的研究热点。本文以移动机械手系统为背景,结合国家自然科学基金项目“移动机械手的协调运动规划与控制”,对其协调控制问题展开研究。 首先,对移动机械手系统及其控制问题进行了介绍,综述了国内外对移动机械手系统和非完整系统控制的研究进展,并阐述了选题背景和论文主要内容。 其次,指出轮式移动机械手系统是一类典型的非完整系统。不加证明地给出了非完整系统和轮式移动机械手系统的数学模型和各自的结构特性,并说明了各自的控制问题的描述。 第三,非完整系统自身的特性给其控制问题的仿真带来了相当大的难度,我们在 MATLAB 环境下开发了一个仿真平台,可以进行各种非完整系统轨迹跟踪控制问题的仿真,为论文的后续工作打下了坚实的基础。 第四,针对不确定非完整动力学系统,利用系统动力学特性,提出一种基于动力学模型的滑模轨迹跟踪控制器。保证闭环系统渐近稳定或指数稳定,控制器结构简单,容易实现。该算法用于轮式移动机械手系统,实现了协调控制。 第五,将移动机械手系统通过变换化成由链式系统和动力学系统组成的串级系统模型。在考虑不确定性的情况下,提出一种运动学与动力学相结合控制算法,保证了闭环系统所有状态的渐近跟踪,实现了系统的协调控制。 第六,假设移动机械手系统可分成结构参数已知的标称系统和结构参数未知的不确定系统两部分,提出一种计算力矩加模糊补偿的控制方法,模糊系统用来逼近整个系统的集中不确定性,参数基于 Lyapunov 方法自适应调节,仿真结果展示了其良好的动态特性。 最后,对取得的研究成果进行了总结,并展望了需要进一步研究的工作。
其他摘要In this dissertation, coordinated control problems of mobile manipulator are studied extensively with support of project of National Science and Foundation of China “Coordinated Motion Planning and Control of Mobile Manipulator”. Firstly, mobile manipulator systems, nonholonomic systems as well as their control problem are introduced. Secondly, it is pointed that wheeled mobile manipulator is a typical nonholonomic system. Thirdly, the self-characteristics of nonholonomic system bring great difficulties for simulations of its control problems. Fourthly, based on dynamical model of nonholonomic systems with uncertainties, a sliding mode control scheme for trajectory tracking is proposed. Fifthly, the model of mobile manipulator or nonholonomic system can be converted into cascaded system via coordinated transformation and input transformation. Sixthly, it is assumed that mobile manipulator can be divided into two subsystems: nominal system with precise knowledge and uncertain system with unknown knowledge.Finally, the obtained results are summarized and future work is addressed.
馆藏号XWLW933
其他标识符200218014603174
语种中文
文献类型学位论文
条目标识符http://ir.ia.ac.cn/handle/173211/5839
专题毕业生_博士学位论文
推荐引用方式
GB/T 7714
宋佐时. 移动机械手协调控制研究[D]. 中国科学院自动化研究所. 中国科学院研究生院,2005.
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