基于三层结构仿人智能的两轮轮式机器人运动控制

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两轮轮式机器人是通过两个主动轮驱动机器人运动和工作的。它具有一系列的优秀特性：自重轻、承载大、行走速度快、工作效率高等。因为有这些突出的优点，两轮轮式机器人被广泛应用。
　　两轮差动轮式机器人由于机械结构的限制，使得其任意时刻的运动方向都只能和机器人的朝向相同，这就构成了一个非完整约束系统。非完整约束系统不存在连续时不变状态反馈控制律，这一点加大了实现两轮轮式机器人运动控制的难度。另外，机器人内部存在包括饱和非线性、滞后在内的多种非线性特性，存在较高的不确定性。两轮轮式机器人属于多输入多输出系统，需要对两轮驱动进行协调控制。所以，两轮轮式机器人的研究具有很强的理论研究意义。
　　两轮轮式机器人的点镇定问题是两轮轮式机器人运动控制的基本问题，本文针对两轮轮式机器人的点镇定及其优化控制问题展开研究，主要完成了以下工作：
　　①设计了一种独特的三层结构仿人智能控制器。该控制器由多模态仿人智能决策层，多电机电流幅值协调层，电流可调轮速跟踪控制执行层三层构成。上层的多模态仿人智能决策层针对机器人存在的运动学非完整约束，根据与点镇定目标的角度偏差和距离偏差大小，得到期望的两个动力轮的轮速；中层的多电机电流幅值协调层针对两个电机驱动系统，根据决策层给出的期望轮速结合系统的动力学特性调整各个电机驱动系统的驱动电流，协调两轮的运动；底层的电流可调轮速跟踪控制执行层根据上层要求的期望轮速和各电机系统的协调驱动电流大小，实现两轮轮速的有效控制。
　　②设计了一种引入电机输出电流上限调节环节的控制器，实现了对直流双闭环调速系统动态性能控制。在分析了直流电机双闭环调速系统特性的基础上,提出了调整电流环反馈系数实现对电机电枢电流的输出控制的控制方法，使电机系统按照给定的电流特性进行相关控制。设计实现了该控制器，搭建了单电机驱动系统平台，并进行了仿真和实际系统实验。为三层结构仿人智能控制系统的实现打下了基础。
　　③搭建了两轮轮式机器人仿真和实物实验平台，验证了所提出的三层结构仿人智能控制器的有效性。比较了三层结构仿人智能点镇定控制方法与P控制、P-COS控制、MP-HSIC控制的控制效果。通过对比分析，验证了本文提出的控制算法的有效性和实用性。

著录项

作者
段圣猛;
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作者单位

重庆大学;

展开▼
授予单位重庆大学;
学科控制科学与工程
授予学位硕士
导师姓名王牛;
年度 2017
页码
总页数
原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类智能机器人;
关键词
机器人; 智能控制; 调速系统; 反馈控制律; 电流特性;

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