煤矿救援机器人轨迹跟踪研究

论文摘要

煤矿救援机器人一般工作在动态、未知的复杂环境中,应该具有完全自主性甚至高度智能性,不需要或较少的人为干预就可以完成任务。论文主要研究履带式煤矿救援机器人的轨迹跟踪问题,使移动机器人在不同的外界环境变量中,均可以在一定的误差允许范围之内有效跟踪规划的轨迹。论文根据探测机器人结构建立了差速驱动履带式煤矿救援机器人运动学模型,首先应用反步法轨迹跟踪思想,设计出一个反步法轨迹跟踪控制器,并从理论上证明该控制器可以达到全局渐近稳定。然后,论文应用滑模变结构控制方法,设计出含有一个切换函数的滑模变结构轨迹跟踪控制器A和含有两个切换函数的滑模变结构轨迹跟踪控制器B,并通过Lyapunov主稳定理阐述了它们均具有全局渐近稳定性。应用MATLAB软件对以上三个轨迹跟踪控制器进行仿真分析,仿真的轨迹有直线、圆和任意曲线,仿真结果证明,这三个控制器均可达到全局渐近稳定。在此基础上,针对反步法轨迹跟踪控制器在MATLAB环境下的仿真结果,分析参数对各个误差分量的影响,并总结出其取值规律。最后,本文对这三个控制器的轨迹跟踪效果进行了总结和比较,得出结论:反步法轨迹跟踪控制器的轨迹跟踪效果最佳,滑模变结构轨迹跟踪控制器B次之,滑模变结构轨迹跟踪控制器A最不稳定。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 选题背景及研究意义
• 1.1.1 选题背景
• 1.1.2 研究意义
• 1.2 本课题相关技术介绍
• 1.2.1 国内外轨迹跟踪研究动态
• 1.2.2 运动控制发展趋势
• 1.3 论文主要内容
• 2 轨迹跟踪问题阐述
• 2.1 移动机器人运动控制基本问题阐述
• 2.2 煤矿救援机器人建模问题
• 2.3 本章小结
• 3 基于反步法的移动机器人轨迹跟踪
• 3.1 概述
• 3.2 煤矿救援机器人运动学模型
• 3.3 应用反步法设计控制器
• 3.3.1 控制器设计
• 3.3.2 稳定性证明
• 3.4 流程图
• 3.5 仿真试验
• 3.5.1 直线
• 3.5.2 圆
• 3.5.3 复合曲线
• 3.5.4 仿真结论
• 3.6 仿真结果分析
• 3.7 本章小结
• 4 基于滑模变结构控制的移动机器人轨迹跟踪
• 4.1 滑模变结构控制概述
• 4.1.1 滑模变结构控制简介
• 4.1.2 滑模变结构控制的定义
• 4.1.3 滑模变结构控制基本特性
• 4.1.4 滑模变结构控制的抖振问题
• 4.1.5 滑模变结构控制趋近律介绍
• 4.2 应用滑模变结构控制方法设计控制器A
• 4.2.1 控制器设计
• 4.2.2 稳定性证明
• 4.3 应用滑模变结构控制方法设计控制器B
• 4.3.1 控制器设计
• 4.3.2 稳定性证明
• 4.4 流程图
• 4.5 仿真实验
• 4.5.1 直线
• 4.5.2 圆
• 4.5.3 复合曲线
• 4.5.4 仿真结论
• 4.5.5 控制器A 与控制器B 比较
• 4.6 本章小结
• 5 结论
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录