多移动机器人系统的编队控制研究_自动化专业.doc

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  • 更新时间:2016-03-17
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摘 要:近年来,多移动机器人系统的编队控制问题引起了来自不同领域专家学者的广泛关注,并且广泛应用于军事、物理、生物、工业等领域.多移动机器人系统的编队控制在实际应用中往往会受到许多外界的干扰,例如编队过程中的信号传输时延和拓扑结构的变化等等,这些干扰不仅会减弱整个系统的控制性能指标,而且有可能会破坏整个系统的稳定性,直接导致期望编队不能实现.因此,在研究多移动机器人编队控制的问题中,考虑外界的环境约束条件显得尤为重要.

本文利用了代数图论、Lyapunov稳定性定理、线性矩阵不等式(LMI)等基础知识,采用了基于虚拟领导者方法的编队控制策略,考虑了无通信时延和存在固定通信时延的多移动机器人系统的一致性问题和编队控制性问题.主要研究了多移动机器人系统在无方向的固定网络拓扑结构下的分布式编队控制,分别设计出了无通信时延和存在固定通信时延两种情况下的编队控制协议,并且利用Lyapunov稳定性定理,给出了两种协议有效时各参数需要满足的充分条件.

关键词:多移动机器人系统;编队控制;一致性;虚拟领导者;通信时延

 

目录

摘要

ABSTRACT

第1章 绪论-1

1.1课题的研究背景和意义-1

1.2多移动机器人系统一致性和编队控制的研究现状-2

1.2.1一致性研究现状-2

1.2.2编队控制现状-2

1.2.3基于一致性的多移动机器人编队研究现状-3

1.3论文结构安排-3

第2章 问题描述-5

2.1多移动机器人系统编队队形-5

2.1.1基本编队队形-5

2.1.2多移动机器人系统的体系结构-5

2.2编队控制的主要方法-6

2.2.1基于领导者-跟随者法的编队控制方法-6

2.2.2基于行为法的编队控制方法-6

2.2.3基于人工势场法的编队控制方法-6

2.2.4基于虚拟结构法的编队控制方法-6

2.3连接拓扑-7

2.4 Lyapunov函数法-7

2.4.1 Lyapunov稳定性-7

2.4.2有限时间Lyapunov稳定性定理-8

2.5 LMI基础知识-8

2.5.1线性矩阵不等式的变现形式-8

2.5.2 BMI方法-9

第3章 无时延二阶多移动机器人的编队控制-11

3.1无时延二阶多移动机器人的编队控制设计-11

3.1.1 控制协议-11

3.1.2主要结果-11

3.2仿真研究-12

第4章 时延二阶多移动机器人的编队控制-17

4.1时延二阶多移动机器人的编队控制设计-17

4.1.1控制协议-17

4.1.2主要结果-17

4.2仿真研究-18

第5章 结论与展望-23

5.1结论-23

5.2不足之处及未来展望-23

参考文献-24

致  谢-26

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