多移動機(jī)器人編隊(duì)控制的研究黃小起課件

多移動機(jī)器人編隊(duì)控制的研究黃小起多移動機(jī)器人編隊(duì)控制的研究黃小起主要內(nèi)容課題背景1基于跟隨者領(lǐng)航者方式的多機(jī)器人編隊(duì)控制

3多移動機(jī)器人編隊(duì)的分層控制策略

4移動機(jī)器人建模2總結(jié)與展望52主要內(nèi)容課題背景1多移動機(jī)器人編隊(duì)控制的研究黃小起課件多移動機(jī)器人編隊(duì)控制的研究黃小起課件多移動機(jī)器人編隊(duì)控制的研究黃小起課件多移動機(jī)器人編隊(duì)控制的研究黃小起課件多移動機(jī)器人編隊(duì)控制的研究黃小起課件多移動機(jī)器人編隊(duì)控制的研究黃小起課件系統(tǒng)建模在全局坐標(biāo)系中建立笛卡兒坐標(biāo)系，根據(jù)機(jī)器人間的相對距離，相對位置夾角，相對運(yùn)動方向角建立系統(tǒng)模型系統(tǒng)模型的動態(tài)誤差為

Leader-follower隊(duì)形控制示意圖9系統(tǒng)建模在全局坐標(biāo)系中建立笛卡兒坐標(biāo)系，根據(jù)機(jī)器人間的相對系令則有控制器設(shè)計(jì)運(yùn)用輸入—輸出反饋線性化方法設(shè)計(jì)控制律10令則有控制器設(shè)計(jì)運(yùn)用輸入—輸出反饋線性化方法設(shè)計(jì)控制律10控制器設(shè)計(jì)基于閉環(huán)控制規(guī)律的移動機(jī)器人運(yùn)動控制原理圖則可得控制器為：11控制器設(shè)計(jì)基于閉環(huán)控制規(guī)律的移動機(jī)器人運(yùn)動控制原理圖則可得編隊(duì)穩(wěn)定性分析（3.31）定理3.2：若系統(tǒng)遵循式(3.31）所描述的控制律，并且leader的模式進(jìn)行運(yùn)動，指數(shù)收斂到0。以定理3.1：若leader-follower編隊(duì)系統(tǒng)遵循式(3.31)所描述的是漸進(jìn)穩(wěn)定的?？刂坡?，12編隊(duì)穩(wěn)定性分析（3.31）定理3.2：若系統(tǒng)遵循式(3.31編隊(duì)穩(wěn)定性分析定理3.3：若系統(tǒng)遵循式(3.31）所描述的控制律，并且leader的模式進(jìn)行運(yùn)動(均為常數(shù))，漸進(jìn)收斂到常數(shù)以編隊(duì)可能出現(xiàn)的情況其它情況？？？leader做勻速直線運(yùn)動leader做勻速圓周運(yùn)動任何情況下即13編隊(duì)穩(wěn)定性分析定理3.3：若系統(tǒng)遵循式(3.31）所描述的控多移動機(jī)器人編隊(duì)的滑?？刂?、leader作勻速直線運(yùn)動時候，相對運(yùn)動方向角誤差才能收斂到零輸入輸出反饋線性化方法2、缺乏對擾動的魯棒性滑?？刂品椒軌蚩朔@些局限性

14多移動機(jī)器人編隊(duì)的滑?？刂?、leader作勻速直線運(yùn)動時候編隊(duì)滑?？刂埔咕庩?duì)誤差收斂到零可以通過使變量收斂到零來實(shí)現(xiàn)15編隊(duì)滑模控制要使編隊(duì)誤差收斂到零可以通過使變量收斂到零來實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)控制律為：定理3.4：在假設(shè)1成立的情況下，在式（3.52）中的控制輸入能夠通過（3.54）的給定使式（3.50）所描述的滑動面穩(wěn)定。（3.54）選擇李雅普諾夫函數(shù)為：編隊(duì)滑?？刂?6設(shè)計(jì)控制律為：定理3.4：在假設(shè)1成立的情況下，在式（3.5結(jié)論3.1：如果式（4.7）表示的滑動面漸進(jìn)穩(wěn)定，則收斂到期望值，即隊(duì)形收斂到期望隊(duì)形。領(lǐng)航機(jī)器人速度正負(fù)變化時隊(duì)形收斂情況當(dāng)領(lǐng)航機(jī)器人速度為正(0,0,)是它的穩(wěn)定平衡點(diǎn)。時，(0,0,0)是它的穩(wěn)定平衡點(diǎn)。當(dāng)領(lǐng)航機(jī)器人速度為負(fù)時，滑模控制17結(jié)論3.1：如果式（4.7）表示的滑動面漸進(jìn)穩(wěn)定，則收斂到滑?？刂朴猛瑯拥姆椒梢宰C明該控制律可以使滑動面s漸近收斂到零。為了保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，對的情況我們設(shè)計(jì)如下滑模面和控制律18滑模控制用同樣的方法可以證明該控制律可以使滑動面s漸近收斂到領(lǐng)航者（實(shí)線）和跟隨者（虛線）的運(yùn)動軌跡的仿真曲線兩機(jī)器人編隊(duì)誤差曲線初始狀態(tài)為領(lǐng)航機(jī)器人做勻速直線運(yùn)動基于輸入—輸出反饋線性化法仿真研究控制目標(biāo)19領(lǐng)航者（實(shí)線）和跟隨者（虛線）的運(yùn)動軌跡的仿真曲線兩機(jī)器人編初始狀態(tài)為領(lǐng)航機(jī)器人做勻速圓周運(yùn)動領(lǐng)航者（實(shí)線）和跟隨者（虛線）的運(yùn)動軌跡的仿真曲線兩機(jī)器人編隊(duì)誤差曲線基于輸入—輸出反饋線性化法仿真研究控制目標(biāo)20初始狀態(tài)為領(lǐng)航機(jī)器人做勻速圓周運(yùn)動領(lǐng)航者（實(shí)線）和跟隨者（虛領(lǐng)航者（實(shí)線）和跟隨者（虛線）的運(yùn)動軌跡兩機(jī)器人編隊(duì)誤差領(lǐng)航機(jī)器人速度為正

初始狀態(tài)為期望隊(duì)形為基于滑?？刂频亩鄼C(jī)器人編隊(duì)仿真曲線兩機(jī)器人編隊(duì)誤差曲線基于輸入—輸出反饋線性化法對比基于滑模控制的仿真研究21領(lǐng)航者（實(shí)線）和跟隨者兩機(jī)器人編隊(duì)誤差領(lǐng)航機(jī)器人速度為正初領(lǐng)航機(jī)器人速度為負(fù)領(lǐng)航者（實(shí)線）和跟隨者（虛線）的運(yùn)動軌跡兩機(jī)器人編隊(duì)誤差曲線返回基于滑?？刂频姆抡嫜芯款I(lǐng)航者（實(shí)線）和跟隨者（虛線）的運(yùn)動軌跡對比針對速度為負(fù)設(shè)計(jì)的控制律22領(lǐng)航機(jī)器人速度為負(fù)領(lǐng)航者（實(shí)線）和跟隨者（虛線）的運(yùn)動軌跡兩多機(jī)器人編隊(duì)分層控制示意圖多移動機(jī)器人編隊(duì)的分層控制策略該結(jié)構(gòu)是集中式和分布式結(jié)構(gòu)的綜合，兼二者的優(yōu)點(diǎn)。負(fù)責(zé)機(jī)器人局部控制算法主要的協(xié)調(diào)機(jī)制由人介入下達(dá)任務(wù)處理異常情況各層主要功能23多機(jī)器人編隊(duì)分層控制示意圖多移動機(jī)器人編隊(duì)的分層控制策略該機(jī)器人智能體的控制結(jié)構(gòu)

機(jī)器人智能體采用基于行為融合的控制算法多移動機(jī)器人編隊(duì)的分層控制策略24機(jī)器人智能體的控制結(jié)構(gòu)機(jī)器人智能體采用基于行為融合的控制算機(jī)器人運(yùn)動行為分解(1)向目標(biāo)點(diǎn)運(yùn)動(2)保持隊(duì)形多移動機(jī)器人編隊(duì)的分層控制策略25機(jī)器人運(yùn)動行為分解(1)向目標(biāo)點(diǎn)運(yùn)動(2)保持隊(duì)形多移動機(jī)（4）異常情況處理(3)避障個體機(jī)器人陷入障礙死區(qū)個體機(jī)器人失效障礙環(huán)境不允許編隊(duì)通過多移動機(jī)器人編隊(duì)的分層控制策略26（4）異常情況處理(3)避障個體機(jī)器人陷入障礙死區(qū)個體機(jī)器如果符合異常情況的判斷條件否則各子行為的權(quán)重分別為用加權(quán)的方式得到機(jī)器人的綜合控制變量：多移動機(jī)器人編隊(duì)的分層控制系統(tǒng)27如果符合異常情況的判斷條件否則各子行為的權(quán)重分別為用加權(quán)的方整體隊(duì)形反饋的控制策略其穩(wěn)定性可以由李雅普諾夫穩(wěn)定性理論證明。多移動機(jī)器人編隊(duì)的分層控制策略28整體隊(duì)形反饋的控制策略其穩(wěn)定性可以由李雅普諾夫穩(wěn)定性理論證障礙物已知的三角形編隊(duì)障礙物已知的菱形編隊(duì)仿真結(jié)果（7.5，5.5）、（16.5，8）、（11，14）給定障礙物的位置為29障礙物已知的三角形編隊(duì)障礙物已知的菱形編隊(duì)仿真結(jié)果（7.5，帶反饋和不帶反饋的編隊(duì)控制效果對比圖仿真結(jié)果隊(duì)形誤差對比效果圖返回30帶反饋和不帶反饋的編隊(duì)控制效果對比圖仿真結(jié)果隊(duì)形誤差對比效果結(jié)論和展望結(jié)論1、研究了無障礙環(huán)境下多移動機(jī)器人編隊(duì)的控制問題。

(1)輸入—輸出反饋線性化方法

(2)滑模控制方法設(shè)計(jì)了控制器，得出一些穩(wěn)定編隊(duì)的結(jié)論。2、研究了有障礙環(huán)境下多移動機(jī)器人編隊(duì)的控制問題。

(1)分層控制策略

(2)整體隊(duì)形反饋策略實(shí)現(xiàn)編隊(duì)的平滑控制。3、理論證明和仿真結(jié)果表明這些控制策略具有較好的控制效果。31結(jié)論和展望1、研究了無障礙環(huán)境下多移動機(jī)器人編隊(duì)的控制問題。展望結(jié)論和展望(1)研究動態(tài)環(huán)境下(避開動態(tài)障礙物)編隊(duì)控制問題；(2)編隊(duì)系統(tǒng)的魯棒控制,容錯控制；(3)對編隊(duì)系統(tǒng)進(jìn)行動力學(xué)特性分析(應(yīng)用動力系統(tǒng)的穩(wěn)定性理論)；(4)減少編隊(duì)控制中信息的需求量。32結(jié)論和展望(1)研究動態(tài)環(huán)境下(避開動態(tài)障礙物)編隊(duì)控制32謝謝各位老師和同學(xué)！謝謝33謝謝各位老師和同學(xué)！謝謝33多移動機(jī)器人編隊(duì)控制的研究黃小起課件多移動機(jī)器人編隊(duì)控制的研究黃小起多移動機(jī)器人編隊(duì)控制的研究黃小起主要內(nèi)容課題背景1基于跟隨者領(lǐng)航者方式的多機(jī)器人編隊(duì)控制

3多移動機(jī)器人編隊(duì)的分層控制策略

4移動機(jī)器人建模2總結(jié)與展望536主要內(nèi)容課題背景1多移動機(jī)器人編隊(duì)控制的研究黃小起課件多移動機(jī)器人編隊(duì)控制的研究黃小起課件多移動機(jī)器人編隊(duì)控制的研究黃小起課件多移動機(jī)器人編隊(duì)控制的研究黃小起課件多移動機(jī)器人編隊(duì)控制的研究黃小起課件多移動機(jī)器人編隊(duì)控制的研究黃小起課件系統(tǒng)建模在全局坐標(biāo)系中建立笛卡兒坐標(biāo)系，根據(jù)機(jī)器人間的相對距離，相對位置夾角，相對運(yùn)動方向角建立系統(tǒng)模型系統(tǒng)模型的動態(tài)誤差為

Leader-follower隊(duì)形控制示意圖43系統(tǒng)建模在全局坐標(biāo)系中建立笛卡兒坐標(biāo)系，根據(jù)機(jī)器人間的相對系令則有控制器設(shè)計(jì)運(yùn)用輸入—輸出反饋線性化方法設(shè)計(jì)控制律44令則有控制器設(shè)計(jì)運(yùn)用輸入—輸出反饋線性化方法設(shè)計(jì)控制律10控制器設(shè)計(jì)基于閉環(huán)控制規(guī)律的移動機(jī)器人運(yùn)動控制原理圖則可得控制器為：45控制器設(shè)計(jì)基于閉環(huán)控制規(guī)律的移動機(jī)器人運(yùn)動控制原理圖則可得編隊(duì)穩(wěn)定性分析（3.31）定理3.2：若系統(tǒng)遵循式(3.31）所描述的控制律，并且leader的模式進(jìn)行運(yùn)動，指數(shù)收斂到0。以定理3.1：若leader-follower編隊(duì)系統(tǒng)遵循式(3.31)所描述的是漸進(jìn)穩(wěn)定的?？刂坡桑?6編隊(duì)穩(wěn)定性分析（3.31）定理3.2：若系統(tǒng)遵循式(3.31編隊(duì)穩(wěn)定性分析定理3.3：若系統(tǒng)遵循式(3.31）所描述的控制律，并且leader的模式進(jìn)行運(yùn)動(均為常數(shù))，漸進(jìn)收斂到常數(shù)以編隊(duì)可能出現(xiàn)的情況其它情況？？？leader做勻速直線運(yùn)動leader做勻速圓周運(yùn)動任何情況下即47編隊(duì)穩(wěn)定性分析定理3.3：若系統(tǒng)遵循式(3.31）所描述的控多移動機(jī)器人編隊(duì)的滑?？刂?、leader作勻速直線運(yùn)動時候，相對運(yùn)動方向角誤差才能收斂到零輸入輸出反饋線性化方法2、缺乏對擾動的魯棒性滑?？刂品椒軌蚩朔@些局限性

48多移動機(jī)器人編隊(duì)的滑?？刂?、leader作勻速直線運(yùn)動時候編隊(duì)滑模控制要使編隊(duì)誤差收斂到零可以通過使變量收斂到零來實(shí)現(xiàn)49編隊(duì)滑?？刂埔咕庩?duì)誤差收斂到零可以通過使變量收斂到零來實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)控制律為：定理3.4：在假設(shè)1成立的情況下，在式（3.52）中的控制輸入能夠通過（3.54）的給定使式（3.50）所描述的滑動面穩(wěn)定。（3.54）選擇李雅普諾夫函數(shù)為：編隊(duì)滑?？刂?0設(shè)計(jì)控制律為：定理3.4：在假設(shè)1成立的情況下，在式（3.5結(jié)論3.1：如果式（4.7）表示的滑動面漸進(jìn)穩(wěn)定，則收斂到期望值，即隊(duì)形收斂到期望隊(duì)形。領(lǐng)航機(jī)器人速度正負(fù)變化時隊(duì)形收斂情況當(dāng)領(lǐng)航機(jī)器人速度為正(0,0,)是它的穩(wěn)定平衡點(diǎn)。時，(0,0,0)是它的穩(wěn)定平衡點(diǎn)。當(dāng)領(lǐng)航機(jī)器人速度為負(fù)時，滑?？刂?1結(jié)論3.1：如果式（4.7）表示的滑動面漸進(jìn)穩(wěn)定，則收斂到滑?？刂朴猛瑯拥姆椒梢宰C明該控制律可以使滑動面s漸近收斂到零。為了保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，對的情況我們設(shè)計(jì)如下滑模面和控制律52滑模控制用同樣的方法可以證明該控制律可以使滑動面s漸近收斂到領(lǐng)航者（實(shí)線）和跟隨者（虛線）的運(yùn)動軌跡的仿真曲線兩機(jī)器人編隊(duì)誤差曲線初始狀態(tài)為領(lǐng)航機(jī)器人做勻速直線運(yùn)動基于輸入—輸出反饋線性化法仿真研究控制目標(biāo)53領(lǐng)航者（實(shí)線）和跟隨者（虛線）的運(yùn)動軌跡的仿真曲線兩機(jī)器人編初始狀態(tài)為領(lǐng)航機(jī)器人做勻速圓周運(yùn)動領(lǐng)航者（實(shí)線）和跟隨者（虛線）的運(yùn)動軌跡的仿真曲線兩機(jī)器人編隊(duì)誤差曲線基于輸入—輸出反饋線性化法仿真研究控制目標(biāo)54初始狀態(tài)為領(lǐng)航機(jī)器人做勻速圓周運(yùn)動領(lǐng)航者（實(shí)線）和跟隨者（虛領(lǐng)航者（實(shí)線）和跟隨者（虛線）的運(yùn)動軌跡兩機(jī)器人編隊(duì)誤差領(lǐng)航機(jī)器人速度為正

初始狀態(tài)為期望隊(duì)形為基于滑?？刂频亩鄼C(jī)器人編隊(duì)仿真曲線兩機(jī)器人編隊(duì)誤差曲線基于輸入—輸出反饋線性化法對比基于滑模控制的仿真研究55領(lǐng)航者（實(shí)線）和跟隨者兩機(jī)器人編隊(duì)誤差領(lǐng)航機(jī)器人速度為正初領(lǐng)航機(jī)器人速度為負(fù)領(lǐng)航者（實(shí)線）和跟隨者（虛線）的運(yùn)動軌跡兩機(jī)器人編隊(duì)誤差曲線返回基于滑?？刂频姆抡嫜芯款I(lǐng)航者（實(shí)線）和跟隨者（虛線）的運(yùn)動軌跡對比針對速度為負(fù)設(shè)計(jì)的控制律56領(lǐng)航機(jī)器人速度為負(fù)領(lǐng)航者（實(shí)線）和跟隨者（虛線）的運(yùn)動軌跡兩多機(jī)器人編隊(duì)分層控制示意圖多移動機(jī)器人編隊(duì)的分層控制策略該結(jié)構(gòu)是集中式和分布式結(jié)構(gòu)的綜合，兼二者的優(yōu)點(diǎn)。負(fù)責(zé)機(jī)器人局部控制算法主要的協(xié)調(diào)機(jī)制由人介入下達(dá)任務(wù)處理異常情況各層主要功能57多機(jī)器人編隊(duì)分層控制示意圖多移動機(jī)器人編隊(duì)的分層控制策略該機(jī)器人智能體的控制結(jié)構(gòu)

機(jī)器人智能體采用基于行為融合的控制算法多移動機(jī)器人編隊(duì)的分層控制策略58機(jī)器人智能體的控制結(jié)構(gòu)機(jī)器人智能體采用基于行為融合的控制算機(jī)器人運(yùn)動行為分解(1)向目標(biāo)點(diǎn)運(yùn)動(2)保持隊(duì)形多移動機(jī)器人編隊(duì)的分層控制策略59機(jī)器人運(yùn)動行為分解(1)向目標(biāo)點(diǎn)運(yùn)動(2)保持隊(duì)形多移動機(jī)（4）異常情況處理(3)避障個體機(jī)器人陷入障礙死區(qū)個體機(jī)器人失效障礙環(huán)境不允許編隊(duì)通過多移動機(jī)器人編隊(duì)的分層控制策略60（4）異常情況處理(3)避障個體機(jī)器人陷入障礙死區(qū)個體機(jī)器如果符合異常情況的判斷條件否則各子行為的權(quán)重分別為用加權(quán)的方式得到機(jī)器人的綜合控制變量：多移動機(jī)器人編隊(duì)的分層控制系統(tǒng)61如果符合異常情況的判斷條件否則各子行為的權(quán)重分別為用加權(quán)的方整體隊(duì)形反饋的控制策略其穩(wěn)定性可以由李雅普諾夫穩(wěn)定性理論證明。多移動機(jī)器人編隊(duì)的分層控制策略62整體隊(duì)形反饋的控制策略其穩(wěn)定性可以由李