智能小车的路径跟踪控制算法研究

摘要

本文以3轮式智能小车为研究对象，针对小车运动控制问题中的路径跟踪问题展开理论和应用研究。
　　首先对目前轮式机器人的跟踪控制算法进行了归纳和总结，比较了某些算法之间的差异，以便在此基础之上进行深入研究。
　　然后针对3轮式智能小车，在非理想约束的情况下建立了两轮驱动智能小车的运动学模型和动力学模型，为后面进行基于运动学模型的路径跟踪问题研究打下基础。根据对小车的运动学模型的分析，建立了直角坐标系下的局部位姿误差模型和极坐标系下的位姿误差模型。针对跟踪一条带时间参数的期望轨迹，采用反向递推设计方法，构建了更简单的中间虚拟反馈变量，然后结合李雅普诺夫第二法，设计出适应于小车的轨迹跟踪控制器。针对跟踪一条不带时间参数的几何路径，把路径划分成若干个路标节点，在极坐标系下的误差模型下，利用李雅普诺夫直接法设计出跟踪离散节点的跟踪控制器。最后通过Matlab仿真平台进行仿真实验，仿真结果表明，小车的仿真轨迹和各个参数均表现良好。
　　最后，利用3轮式智能小车进行了路径跟踪控制的前期实验。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景

1．2 智能车辆的发展现状

1．2．1 国外现状

1．2．2 国内现状

1．3 智能车辆的关键技术

1．4 智能小车路径跟踪的研究现状

1．5 研究的意义和发展趋势

1．6 本文所做的主要工作和安排

2 智能小车的路径跟踪技术

2．1 非完整移动机器人概述

2．1．1 非完整约束与非完整系统

2．1．2 轮式移动机器人的非完整性分析

2．2 移动机器人的运动控制问题

2．2．1 移动机器人基础知识

2．2．2 移动机器人控制问题

2．3 路径跟踪

2．3．1 路径跟踪概述

2．3．2 跟踪控制算法的选择

2．4 本章小结

3 智能小车的运动分析与建模

3．1 引言

3．2 运动学模型

3．3 动力学模型

3．4 智能小车的控制

3．5 本章小结

4 基于运动学模型的路径跟踪控制研究

4．1 轨迹跟踪控制器设计

4．1．1 问题描述

4．1．2 轨迹跟踪控制律设计

4．1．3 Matlab的仿真与分析

4．1．4 轨迹跟踪控制方法特点

4．2 路径跟随控制器设计

4．2．1 问题描述

4．2．2 路径跟随控制律设计

4．2．3 Matlab的仿真与分析

4．3 本章小结

5 智能小车路径跟踪实验

5．1 引言

5．2 智能小车的硬件

5．2．1 主控核心

5．2．2 传感器模块

5．2．3 驱动模块

5．3 小车跟踪控制实验

5．3．1 小车基本参数

5．3．2 跟踪黑线实验

5．4 总结

6 总结与展望

致谢

参考文献

附录

攻读硕士学位期间发表的学术论文