基于分数阶微积分的Leader I-DX服务机器人控制器设计及实现

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随着社会发展和科技进步的需要，服务机器人的应用研究日益受到人们的重视，各式各样的服务机器人已经出现在人们生活的各个领域。服务机器人的智能化水平越来越高，功能也越来越强大，这对其运动性能提出了更高的要求。本文主要以LeaderI-DX服务机器人为平台，研究并设计了基于分数阶微积分的运动控制器，并成功应用与LeaderI-DX服务机器人，解决了机器人运动控制系统中的快速性、实时性、鲁棒性等问题。
　　首先，介绍了LeaderI-DX运动控制系统的总体实现方案，着重介绍了各组成部分的功能和驱动电机的选型。稳定可靠的运动控制系统平台的建立为分数阶控制器的设计提供了良好的物质基础。
　　其次，详细介绍了分数阶微积分的数学基础和分数阶系统。这些数学成果是分数阶控制理论的基础，为分数阶控制器的设计提供了理论支持。在此基础上，分别设计了分数阶PDμ控制器和分数阶PIλ控制器。仿真结果表明，分数阶PDμ控制器的优势在于其动态性能，而分数阶PIλ控制器的优势在于其稳态性能。
　　再次，详细阐述了分数阶控制器的数字化实现，设计了增量式分数阶PIλDμ算法。为了便于对参数进行调节，将分数阶微分器单独离散化，这样的就可以把Kp和Kd分离出来。其中，分数阶微分器通过微分项乘上一阶低通滤波来实现。
　　然后，基于μC/OS-Ⅱ操作系统设计了LeaderI-DX运动控制系统的软件。运控控制系统的软件是分数阶控制器的载体，实时性好、效率高的嵌入式操作系统能更好的实现分数阶控制器的控制思想。
　　最后，以分数阶PDμ控制器为例，对其运动性能做了综合测试，包括速度跟踪性能测试和运动性能综合测试。实验结果表明，分数阶PDμ控制器比整数阶PD控制器有更好的响应速度和精确度;分数阶PDμ控制器对于负载的变化有很好的鲁棒性;分数阶PDμ控制器有较好的稳定性。由此可见，相比于传统的整数阶控制器，基于分数阶微积分的控制器能取得更好的控制效果。

著录项

作者
周祥章;
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作者单位

山东大学;

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授予单位山东大学;
学科控制科学与工程
授予学位硕士
导师姓名周风余;
年度 2012
页码
总页数
原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类专用机器人;自动控制、自动控制系统;
关键词
Leader I-DX服务机器人; 运动控制器; 系统开发; 分数阶微积分; μC/OS-Ⅱ操作系统;

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