Анализ математических моделей колесных роботов и синтез алгоритмов контурного управления

• Автор: Лямин, Андрей Владимирович
• Шифр специальности: 05.13.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1997
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 160 с.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

I. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕМ КОЛЕСНЫХ РОБОТОВ

1.1. Кинематические схемы колесных роботов

Модельные предположения

1.2. Формирование систем координат и геометрия робота.Н

1.3. Кинематические характеристики колес.

1.4. Механические системы с кинематическими ограничениями. Классификация неголономных систем

1.5. Кинематическая модель движения платформы

колесного робота.ЗД

1.6. Примеры построения кинематической модели и анализа неголономности

1.7. Динамическая модель колесного робота.
1.8. Пример построения , динамической модели двухприводного
двухрулевого колесного рббота.
2. АНАЛИЗ МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ КОЛЕСНЫХ РОБОТОВ.В
2.1. Управляемость5
2.2. Канонические формы и дифференциально плоские системы 5
2.3. Статическая и динамическая линеаризация моделей колесных роботов.
2.4. Стабилизация неголономных систем относительно положения равновесия.
2.5. Стабилизация движения дифференциально плоских систем
по многообразию.
3. КОНТУРНОЕ УПРАВЛЕНИЕ КОЛЕСНЫМИ РОБОТАМИ
3.1. Общая постановка задачи контурного управления и
процедура синтеза.
3.2. Преобразование кинематических моделей неголономных колесных роботов к нормальной форме
3.3. Контурное управление структурно избыточным
колесным роботом
3.4. Контурное управление комбинированным роботом.Ж
4. РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМОВ АДАПТИВНОГО УПРАВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЕМ
РОБОТА ВДОЛЬ ЖЕЛАЕМОМ ТРАЕКТОРИИ.
4.1. Постановка задачи контурного управления при отсутствии аналитического описания желаемой траектории.
4.2. Синтез системы управленияА
4.3. Общая постановка задачи4
4.4. Алгоритм управления в случае известной частоты.4
4.5. Алгоритм управления в случае неизвестной частоты
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ


Основная часть работы изложена на / страницах машинописного текста. Список литературы включает наименований. Однако, когда в число уравнений связей входят кинематические ограничения, такой выбор координат невозможен, если последние являются неинтегрируемыми. Другими словами, подобные кинематические связи не сводятся к соотношениям между одними только координатами, которыми можно было бы воспользоваться для того, чтобы выразить положение системы через меньшее число координат в соответствии с реальным числом степеней свободы. Такие связи называют неголономными, а механические системы с неголономными связями неголономными [,1. Другой пример дают связи,налагаемые на управляемое движение. С точки зрения теории управления, наличие неголономных связей препятствует использованию стандартных алгоритмов моделирования, планирования и управления, разработанных, в частности, для манипуляционных роботов [9,]. Последнее стимулировало интерес специалистов по теории управления к данной проблематике, в том числе к проблеме планирования и управления мобильными колесными роботами. При этом существенное внимание уделяется построению кинематических и динамических моделей и изучению их структурных свойств [,,]. Задачей данного раздела является системное изложение вопросов, связанных с построением, классификацией и анализом математических моделей колесных роботов. Кинематические схемы колесных роботов. Колесный робот (робототележка) представляет собой самоходную колесную машину с автоматическим управлением. Основными элементами конструкции робота являются ходовое оборудование, информационная система и система управления. Ходовое оборудование робота, в частности, состоит из подвижной платформы (рамы), колесных модулей, которые, как правило, имеют индивидуальный привод ведущих и рулевых колесных модулей. В свою очередь колесный модуль состоит из колеса, подвески и приводного механизма, который обычно включает двигатель постоянного тока, встроенный редуктор, соединительные муфты, тормоз и т. Конструкции применяемых на практике колесных модулей можно в зависимости от типа используемой подвески подразделить на неповоротные (фиксированные), поворотные симметричные (рулевые) и поворотные асимметричные (рис. Под неповоротным колесным модулем (рис. Модуль данного типа не может быть рулевым, но может быть приводным. Поворотный симметричный колесный модуль (рис. Кроме того, поворотный симметричный модуль может тзкже быть и приводным. Особенностью конструкции поворотного асимметричного колесного модуля (рис. Если колесный модуль последней конструкции не является рулевым, то его поворот вокруг вертикальной оси осуществляется с минимальным усилием. В этом случае его также называют флюгерным или самовыравнивающимся модулем. Сочетание неповоротных, поворотных симметричных и асимметричных смещенных колесных модулей образует кинематическую схему робота (рис. Рис. Рис. К таким особенностям относится необходимость иметь максимальную маневренность при минимальной сложности конструкции робота и, следовательно, его стоимости. Как известно, в каждый момент времени плоскопараллельное движение твердого тела совпадает либо с чисто поступательным, либо с чисто вращательным движением относительно некоторой точки, называемой мгновенным центром скоростей (МЦС), причем прямая, проходящая через мгновенный центр скоростей и любую точку данного тела, будет перпендикулярна вектору линейной скорости этой точки. Для колесного робота, при отсутствии поперечного проскальзывания колес, направление вектора линейной скорости центров колес неповоротных и поворотных симметричных модулей определяется ориентацией продольных осей этих колес и, следовательно, положение мгновенного центра скоростей платформы находится, как точка пересечения прямых,проходящих через центры колес и перпендикулярных их продольным осям (рис. В свою очередь, когда колеса расположены так, что эти прямые не пересекаются в одной точке, мгновенного центра не существует и, следовательно, движение на плоскости невозможно. Рис.