多自主移動機器人的編隊控制及穩(wěn)定性分析.pdf

1、多自主機器人系統(tǒng)是目前控制和機器人研究領域的研究熱點之一。多自主機器人系統(tǒng)通過模擬生物之間的某些群體行為從而完成特定的任務。在多自主機器人系統(tǒng)中，每個機器人按照預定規(guī)則檢測周圍環(huán)境，與其鄰近機器人通訊，并根據(jù)自身獲得的信息決定下一步的行動。雖然每個機器人只使用了其能獲得的局部信息，但是整個系統(tǒng)卻能實現(xiàn)一些全局性的任務。多機器人協(xié)作可以提高系統(tǒng)的效率，完成單個機器人無法完成的任務，在軍事監(jiān)測、搶險救援、空間及海洋開發(fā)、智能交通系統(tǒng)及其他自

2、動化協(xié)作中有廣泛的應用前景。多自主機器人的編隊控制研究是多機器人協(xié)調控制的重要研究問題，非完整性約束下的多移動機器人編隊控制更是具有非常重要的理論和實際意義。
　　 論文的第一部分研究非完整性約束下的多移動機器人的分布式隊形控制問題。本文提出了一個新的循環(huán)追蹤的控制策略來實現(xiàn)多移動機器人的分布式隊形控制。在這個策略中，每個移動機器人的前進速度和轉彎速度分別正比于其追蹤的目標機器人在其前進方向和側向上的投影。運用這種策略，最終所有

3、的機器人將會以恒定的速度等間隔地在一個圓周上運動。該控制策略可以確保機器人軌跡的最終有界性，且系統(tǒng)只有兩個穩(wěn)定平衡多邊形。該控制器避免了其他循環(huán)追蹤控制策略中可能出現(xiàn)的問題，如機器人的軌跡可能發(fā)散到無窮遠，穩(wěn)定多邊形的個數(shù)會隨著機器人數(shù)量而增加。文中采用偽線性化的方法證明了此控制策略可以保證系統(tǒng)的最終有界性。同時運用根軌跡分析方法，通過分析一個復數(shù)多項式得到了平衡點的穩(wěn)定性和收斂性。
　　 論文的第二部分研究非完整性約束下的多移

4、動機器人的分布式集結問題。我們提出了一個分布式連續(xù)時不變的狀態(tài)反饋控制器。在這個控制器下，每個移動機器人的前進速度和轉彎速度分別正比于其相鄰的機器人在其前進方向和側向上的投影之和。利用圖論的工具，我們證明了該控制器可以使機器人最終收斂到一點。與其他常見的不連續(xù)或(和)時變的控制策略相比，我們的控制器簡單易于實現(xiàn)。本文還證明了對一大類典型的具有非線性特性的執(zhí)行器，該控制策略仍然有效。接著同樣采用偽線性化的方法，本文研究證明了動態(tài)圖下系統(tǒng)軌