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1、-范文最新推荐-1 / 34matlab 移动机器人的最优二次控制+数学模型摘要：随着全球产业重心的转移和机器人技术的发展，各种各样的机器人被开发出来以满足各个行业的需求。机器人得到广泛应用，在工业上具有灵活性、改进产品质量、提高生产率、改善劳动条件等优势。同时机器人研究技术的重点也从固定式机械臂、机械手转向自主移动式平台和机器人智能化。轮式移动机器人将成为最经济、最有应用前景的机器人之一。本文在把握轮式自主移动机器人结构特征的基础上，通过设计履带式移动机器人的最优二次控制算法来实现轮式自主移动机器人的最优控制，建立移动机器人的运动学数学模型，使系统的性能达到最优值。本文主要研究内容如下：首先
2、简要介绍下移动机器人的最优控制的发展和概况以及移动机器人的控制算法，分析履带式移动机器人的工作原理和组成，运用运动学和动力学原理建立系统的数学模型，采用二次型的性能指标来达到自主移动机器人的性能指标最优，设计二次型最优控制matlab 函数，对算法进行计算和模拟，通过 ARM 编程，以现有的履带式机器人做实验来验证结果。实验结果表明采用了二次最优控制的机器人，控制性能良好。关键词：移动机器人；最优控制；matlab；动力学；数学建模The quadratic optimal control of mobile robotAbstract：As the global industry shift
3、 and the development of robot technology, all kinds of robot have been developed to meet the needs of various industries. Robot is widely used in industry which can improve product quality, increase productivity, improve working conditions and other advantages. At the same time, the focus of robot r
4、esearch techniques from the stationary mechanical arm, steering intelligent autonomous mobile -范文最新推荐-3 / 34robot platform and manipulator. Wheeled mobile robot will be one of the most economic, most application prospects of research. 3.3 本章主要内容 214 移动机器人的二次最优控制 224.1 最优二次的定义 224.2 性能指标 234.3 Matlab
5、 仿真 244.4 移动机器人实验 274.4.1 ARM 实验及仿真 294.5 本章主要内容 345 结论 35致谢 36参考文献 37581 绪论1.1 引言以捷克斯洛伐克作家卡雷尔• 恰佩克在他的科幻小说中创造出“机器人”这个词开始，机器人就开始被人们记住，从幻想到具体，从理论到发展，直至今天，机器人技术的发展势头迅猛。机器人的应用范围也从工业制造领域扩展到军事、服务业、航空航天、医疗、人类日常生活等多个领域。机器人不仅使人们摆脱一些危险、恶劣、难以到达等环境下的作业，比如，矿井底下的煤仓清除机器人，高压巡线机器人，喷浆机器人，自动喷漆机器人等。-范文
6、最新推荐-5 / 34机器人以其具有灵活性、提高生产率、改进产品质量、改善劳动条件等优点而得到广泛应用。为了获得更大的独立性，人们对机器人的灵活性及职能提出更高的要求，要求机器人能够在一定范围内安全运动，完成特定的人去，增强机器人对环境的适应能力，近年来，机器人特别是自主式移动机器人成为机器人研究领域的中心之一 1。尽管目前机器人还不像人们想象的那么强大，但是机器人技术已经渗透到各行各业中。机器人正在逐渐的改善着人们的生产、生活方式，机器人产业也将逐渐成为一个新的高技术产业2。在可以预见的将来，机器人将成为人类得力的助手，提高人类的生活质量，成为人类朝夕相处的可靠伙伴3。近些年来，随着计算机技
7、术的发展，计算机图形处理能力日益增强，以计算机为主要工具的仿真技术也迅速发展起来，并很快应用于工程领域。在计算机辅助下进行机械零件的设计、校核，并进行系统运动仿真己经逐渐成为机械设计的发展方向4。 图 1.1 索尼公司制造出的 QRIO 图 1.2 索尼公司AIBO 机器人我国工业机器人从二十世纪 80 年代“ 七五”科技攻关开始起步，在国家的支持下，863 机器人技术主题对机器人技术发展作了重要战略调整，从单纯的研发机器人技术向机器人技术与自动化工艺装备扩展，将中心任务定义为“研究和开发面向先进制造的机器人制造单元及系统，自动化装备、特种机器人，促进传统机
8、器的智能化和机器人产业的发展，提高我国自动化技术的整体水平”。5我国的智能机器人和特种机器人在“863”计划的支持下，也取得了不少成果。其中最为突出的是水下机器人，6000 米水下无缆机器人的成果居世界领先水平，还开发出直接遥控机器人、双臂协调控制机器人、爬壁机器人、管道机器人等机种；在机器人视觉、力觉、触觉、声觉等基础技术的开发应用上开展了不少工作，有了一定的发展基础，但是在多传感器信息融合控制技术、遥控加局部-范文最新推荐-7 / 34自主系统遥控机器人、智能装配机器人、机器人化机械等的开发应用方面则刚刚起步，与国外先进水平差距较大，需要在原有成绩的基础
9、上，有重点地系统攻关，才能形成系统配套可供实用的技术和产品6。进入 21 世纪以来机器人的发展在体现在两个方面：第一，应用，机器人的应用面越来越宽。由工业应用扩展到非工业应用。如军事、服务业、航空航天、医疗、人类日常生活等，机器人应用越来越无限制，从想到到现实的实现的脚步在渐渐加快；第一，种类，机器人的种类会越来越多。如水下机器人、服务机器人、娱乐机器人、农业机器人、军用机器人、机器人化机器等，微型机器人，也成为一个新方向，多用于医疗方面。今后的机器人智能化得到加强，机器人会更加聪明。 ——代表标量函数，对每一个控制函数 都有一个对应值； ——代
10、表控制函数整体。注：积分变量或拉格朗日（Lagrange）型性能指标强调系统的过程要求。2 综合性或波尔扎（Bolza）型性能指标这里， ——代表标量函数：动态性能指标；——代表标量函数：终端性能指标；——代表标量函数，对每一个控制函数 都有一个对应值；——代表控制函数整体。综合性或波尔扎（Bolza）型性能指标函数中，其第一部分表示对系统的最终状态的要求，则第二部分表示对所设计的系统的整个控制过程的要求-范文最新推荐-9 / 343 终端型或麦耶尔（Mager）型性能指标4 在特殊情况下，可采用如
11、下的二次型性能指标这里，F——代表终端加权矩阵 ； Q(t)——代表状态加权矩阵 ；R(t——)代表控制加权矩阵。2） 最优控制问题的设计步骤将通常的最优控制问题抽象成一个数学问题，并用数学语言严格的表示出来。 给定系统的状态方程 给定初始条件 x(t0)=x0 和最终条件 x(tf) 给定性能指标（目标函数）3）最优控制问题的解决方法极大值原理极大值原理，它是分析力学中哈密顿方法的推广。之所以用极大值原理是由于它可于控制变量受约束的情况，只需要给出最优控制所必须满足的条件。古典变分法古典变分法是研究泛函数求极值的一种数学
12、方法。古典变分法适用于控制变量的取值范围不受约束的情况。控制函数的取值在一些实际控制的问题中受到有界性的边界限制。古典变分法对于解决的实际复杂最优控制问题就无能为力。 -范文最新推荐-11 / 34 稳态阶梯控制稳态阶梯控制思想是：从实际过程中提取相关联变量的稳态信息，并反馈到协调决策单元中，并且用它修正模型求出的最优解，使其近似真实的最优解。由于工业过程无法精确得求出数学模型的解值，而且工业过程通常是非线性及时快时慢时变性。因此，优化的数学模型算法中求得的解是开环系统优化的解。在大工业过程系统在稳态控制的设计阶段，最有效工作点可以由开环系统优化解来决定。但是在实际使用上，这个解也未必是使工业
13、过程处于最优工况的解，相反还会干扰约束条件。所以有了稳态阶梯控制，这就是在实际应用中我们遇到的开环控制和闭环控制。 系统优化和参数估计的集成研究方法为了解决实际过程中的未知的输入输出特性和次优解的不准确性，系统优化和参数估计的集成研究方法就被提出，其想法是将优化和参数估计分开处理，并且交替进行，一直到迭代收敛到一个解。这样的在线优化控制就包括两部分任务：在粗略模型基础上的优化和设定点下的修正模型。我们把这种方法称之为系统优化和参数估计的集成研究方法。2.智能优化方法智能优化算法是人工智能研究领域的一个重要分支。当前，智能计算正在蓬勃发展，研究智能计算的领域十分活跃，然智能算法研究水平暂时还很难使(智能机器)真正具备人类的智能。但人工脑将不仅是模仿生物脑的功能。而且两者具有相同的特性。这两者的结合将使人工智能的研究向着更广和更深的方向发展。智能计算将探索智能的新概念、新理论、新方法和新技术。而这些研究将在以后的发展中取得重大的成就9。(1) 神经网络优化方法神经网络又称为人工神经网络,其研究最早可追溯到 20 世纪 70 年代。人工神经网络是指用大量的简单计算单元构成非线性系统，它模仿了大脑神经系统，在一定情况下具有神经系统的信息处理、存储和检索-范文最新推荐-
