基于事件触发机制的网域化多机器人包含控制技术

作     者：孟庆霄 

作者单位：中北大学 

学位级别：硕士

导师姓名：杨卫;邵星灵

授予年度：2020年

学科分类：08[工学] 080202[工学-机械电子工程] 0802[工学-机械工程] 

主      题：多机器人系统 包含控制 事件触发机制 

摘      要：相比于拥有复杂结构和功能的单体机器人,由多个结构简单的机器人组成的多机器人系统拥有成本更低,冗余度更大,鲁棒性更好和灵活性更高的优点。因此,多机器人系统在复杂、未知、危险环境下拥有更好的表现和更广泛的应用前景,逐渐成为机器人技术发展的主要趋势。拥有多个领导者的包含控制问题作为多机器人系统的极具有现实意义的问题成为了多机器人系统研究的热点。与此同时,基于事件触发机制的多机器人系统控制策略可以减少控制更新频率,这使得这类多机器人系统额外具有资源消耗低的优势。本文研究了基于事件触发机制的网域化多机器人包含控制问题。首先,建立了能够同时反映跟随者的位置和姿态的多机器人系统运动学模型。其次,依赖于此模型,基于各级误差面设计包含控制协议并且设计了拥有固定阈值的事件触发机制减少控制更新频率。然后,对固定阈值事件触发机制进行改进,设计阈值能够随着控制量大小进行改变的相对阈值事件触发机制,多机器人系统的稳态误差得到降低。最后,考虑外部扰动对多机器人系统的影响,设计扩张状态观测器对外部扰动进行估计并且在包含控制协议中对外部扰动影响进行补偿,提高了多机器人系统的抗干扰能力。在各个控制协议的设计中,根据李雅普诺夫稳定性理论,对设计的控制协议进行了稳定性证明,并证明出所提出的控制协议能够确保所有跟随者可以收敛到由领导者构成的几何凸包内。对于所有的基于事件触发机制的包含控制协议,证明其不会发生Zeno现象。利用MATLAB/SIMULINK软件对所提出的控制协议进行了仿真实验,实验结果验证了所提出的包含控制协议的有效性和优越性。