Синергетический синтез нелинейных систем взаимосвязного управления мобильными роботами

• Автор: Топчиев, Борис Владимирович
• Шифр специальности: 05.13.01, 05.13.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Таганрог
• Количество страниц: 185 с.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение

1. Обзор математических моделей и методов управления мобильными роботами

1.1.Базовые подходы при составлении математических моделей МР . .

1.2. Основные критерии систем управления МР

1.3.Описание методов управления МР, описываемых кинематическими

моделями

1.3.1. Управление движением трехколесного транспортного модуля .

1.3.2. Управление движением двухколесного МР.

1.4. Примеры построения и методы управления динамическими моделями МР

1.4.1. Управление динамикой трех колесного МР

1.4.2. Синтез законов управления для шести колесного автономного МР
1.5. Метод синергетического синтеза нелинейных векторных регуляторов
1.С.Основные результаты и выводы по главе
2. Синергетический синтез нелинейных кинематических регуляторов мобильных роботов
2.1. Синтез законов управления для двухколесного робота.
2.2. Синтез системы управления для трехколесного робота.
2.2.1. Процедура синтеза контурного регулятора
2.2.2. Синтез наблюдателя коэффициента проскальзывания .
2.3. Основные результаты и выводы по главе.
3. Синергетический синтез системы управления мобильным роботом по динамической модели.
3.1.Описание универсальной математической модели мобильных роботов
3.2.Процедура синтеза законов управления многоколесным МР
3.3.Основные результаты и выводы но главе
4. Синтез иерархической системы управления движением МР . .
4.1.Синтез регуляторов верхнего уровня
4.1.1. Синтез контурного регулятора для подсистемы управления платформой.
4.1.2. Синтез позиционного регулятора для подсистемы управления платформой.
4.2.Синтез законов управления для колесной системы
4.3.Разработка стратегий управления подсистемой приводов
4.3.1. Стабилизация угла поворота вала электропривода
4.3.2. Стабилизация момента на валу электропривода.
4.4.Основные результаты и выводы по главе.
5. Разработка стратегий адаптивного управления
5.1.Методика синергетического синтеза СУ МР с учетом препятствий .
5.1.1. Объезд неподвижных объектов.
5.1.2. Объезд подвижных объектов.
5.2.Управление объектом при неполной информации о состоянии
5.2.1. Теоретические основы синтеза адаптивных динамических регуляторов с асимптотическими наблюдателями .
5.2.2. Синтез адаптивного регулятора для мобильного робота
5.3.Основные результаты и выводы по главе.
Заключение
Библиографический список
Приложение 1
Приложение 2
Приложение 3
Введение
Актуальность


В динамических моделях входными переменными служат продольные движущие силы колес /рг и входные сигналы приводов поворотных механизмов и3} (рис. При построении кинематических моделей инерционными свойствами платформі,! Выбор типа модели определяется массо-ипсрциоипыми параметрами и скоростями движения конкретного робота, а также требуемой точностью результатов анализа движения или желаемым качеством функционирования разрабатываемой системы управления [1, ]. Рис. Рис. Основная область использования математических моделей МР - это синтез законов управления и исследование алгоритмов траекториого и позиционного движения. Эти задачи включают соответственно требования поддержания заданной траектории движения полюса платформы и перемещение МР из любой точки декартовой системы координат в заданную, определяемых технологическими соображениями и текущим состоянием окружающей среды (стационарными или подвижными внешними объектами), и обеспечения желаемой ориентации робота относительно этой траектории (1, , , , ). С математической точки зрения это означает, что объект управления представляегся, как правило, набором дифференциальных уравнений с * пеинтегрирусмыми связями, т. В прикладном аспекте псголопомпость проявляется в невозможности задания произвольной скорости вращения каждого из колес. Особенностью пеголопом-ных систем является, в частности, особая методика составления дифференциальных уравнений движения, разработанная П. Аппелем, П. В. Воронцом и С. А. Чаплыгиным []. Математическая модель может быть получена на основе уравнений Лагранжа или Ныотона-Эйлера. V, п,0т = Р, а(? JфJ{t) = М, где у = (уі, г/г) ~ координаты некоторой характерной точки робота (центр симметрии или центр масс), V Є З^2 - вектор абсолютных линейных скоростей, F = (/'ьі'г) - вектор внешних действующих сил, и - угловая скорость, М -результирующий момент, ? Для анализа скоростных и силомоментных переменных в относительной координатной системе, связанной с движущейся платформой (рис. Vz = T(a)V, F = TT(a)Fz. Полученные соотношения позволяют связать динамику платформы с колесной системой МР (рис. Силы Fi,/*2 и М производятся колесной системой. Модель колесной системы (1. А/. Соотношения (1. МР. Динамическая модель универсального МР (1. Кинематические уравнения отражают связь между абсолютными скоростями МР и скоростями вращения колес. ГОда+ш? У), (1. У{ - продольная составляющая скорости колеса, У? Уг - линейная скорость МР в системе координат робота 2Г (рис. МР. Последнее уравнение позволяет составлять кинематические модели МР. Из-за неголоиомности кинематических связей модели МР возможно строит! В главе 1. В качестве основных целей при функционировании МР рассматривают задачи контурного и позиционного управления. Т —» ГПІП . Контурное управление предполагает движение МР но заданному контуру с заданной контурной скоростью. Аі, Аг, Аз > 0 - весовые коэффициенты, Уі(0> Уг(0 “ проекции скорости МР на оси декартовой системы координат, V* - желаемая контурная скорость МР. При управлении многоколесными МР (га ^ 3), задачей регулятора является рациональное распределение нагрузки между колесными модулями из условия оптимального поддержания энергетических характеристик. Математически этот критерий обычно формируют двумя способами. Д. - активное усилие j-го ведущего привода. Важным свойством синтезируемой системы управления является возможность устранения эффекта самоторможения МР. Эффект самоторможения выражается в появлении у колес поперечной скорости движения. Устранение этого эффекта становится возможным при наличии у соответствующих колесных приводов рулевого механизма, с помощью которого производится поворот колеса, с целью минимизации его поперечной скорости. МР может осуществляется неоднозначно. В целом, синтезируемая система должна обладать свойством асимптотической устойчивости, робастности (или грубости), а также отвечать требованиям поставленной технологической задачи. Кинематические модели могут 6i. МР. Кинематические схемы, помимо возможности синтеза законов управления, позволяют учитывать кинематические характеристики МР при управлении сложными динамическими моделями.