【摘 要】
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无人自行车是一个典型的欠驱动系统,具有静态不稳定性和动态稳定性的独特性质,对无人自行车系统的研究,有助于促进欠驱动系统控制理论的发展。同时,无人自行车可作为一种智能交通工具,具有实际的应用场景。因此,本文围绕着无人自行车系统开展控制器设计、路径规划和轨迹跟踪等方面的研究,主要研究内容包括:首先,根据无人自行车的动力学模型,本文设计了基于扩张状态观测器的变论域模糊滑模控制器。该控制器使用变论域模糊控
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无人自行车是一个典型的欠驱动系统,具有静态不稳定性和动态稳定性的独特性质,对无人自行车系统的研究,有助于促进欠驱动系统控制理论的发展。同时,无人自行车可作为一种智能交通工具,具有实际的应用场景。因此,本文围绕着无人自行车系统开展控制器设计、路径规划和轨迹跟踪等方面的研究,主要研究内容包括:首先,根据无人自行车的动力学模型,本文设计了基于扩张状态观测器的变论域模糊滑模控制器。该控制器使用变论域模糊控制器预调节系统的误差,再由扩张状态观测器给出系统变量的观测值和扰动的估计值,并通过滑模控制器得出系统的控制量,从而实现无人自行车的控制。随后,本文结合粒子群算法对控制器的核心参数进行整定,通过最小化系统的跟踪误差和系统的控制量,得出一组优化的参数。仿真实验表明,本文设计的控制器调节时间短,并且具有较强的抗干扰能力,能够较好的控制无人自行车系统。其次,本文研究了无人自行车的路径规划和轨迹跟踪实现方案。首先将人工势场法结合到Informed RRT*全局路径规划算法中,引导新节点向路径终点方向扩展,提高了算法搜索路径的效率,并设计了融合角度约束条件的路径规划目标函数。随后采用Minimum snap算法对规划路径进行轨迹优化,进而结合自行车的运动学模型实现了无人自行车的轨迹跟踪功能,使得无人自行车在对规划路径跟踪的同时能够保证车体的平衡。数值仿真表明,在不同的地图区域中,本文设计的方法能够有效实现无人自行车的路径规划和轨迹跟踪功能。
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