多移动机器人编队控制的研究黄小起课件

多移动机器人编队控制的研究黄小起多移动机器人编队控制的研究黄小起主要内容课题背景1基于跟随者领航者方式的多机器人编队控制

3多移动机器人编队的分层控制策略

4移动机器人建模2总结与展望52主要内容课题背景1多移动机器人编队控制的研究黄小起课件多移动机器人编队控制的研究黄小起课件多移动机器人编队控制的研究黄小起课件多移动机器人编队控制的研究黄小起课件多移动机器人编队控制的研究黄小起课件多移动机器人编队控制的研究黄小起课件系统建模在全局坐标系中建立笛卡儿坐标系，根据机器人间的相对距离，相对位置夹角，相对运动方向角建立系统模型系统模型的动态误差为

Leader-follower队形控制示意图9系统建模在全局坐标系中建立笛卡儿坐标系，根据机器人间的相对系令则有控制器设计运用输入—输出反馈线性化方法设计控制律10令则有控制器设计运用输入—输出反馈线性化方法设计控制律10控制器设计基于闭环控制规律的移动机器人运动控制原理图则可得控制器为：11控制器设计基于闭环控制规律的移动机器人运动控制原理图则可得编队稳定性分析（3.31）定理3.2：若系统遵循式(3.31）所描述的控制律，并且leader的模式进行运动，指数收敛到0。以定理3.1：若leader-follower编队系统遵循式(3.31)所描述的是渐进稳定的。控制律，12编队稳定性分析（3.31）定理3.2：若系统遵循式(3.31编队稳定性分析定理3.3：若系统遵循式(3.31）所描述的控制律，并且leader的模式进行运动(均为常数)，渐进收敛到常数以编队可能出现的情况其它情况？？？leader做匀速直线运动leader做匀速圆周运动任何情况下即13编队稳定性分析定理3.3：若系统遵循式(3.31）所描述的控多移动机器人编队的滑模控制1、leader作匀速直线运动时候，相对运动方向角误差才能收敛到零输入输出反馈线性化方法2、缺乏对扰动的鲁棒性滑模控制方法能够克服这些局限性

14多移动机器人编队的滑模控制1、leader作匀速直线运动时候编队滑模控制要使编队误差收敛到零可以通过使变量收敛到零来实现15编队滑模控制要使编队误差收敛到零可以通过使变量收敛到零来实现设计控制律为：定理3.4：在假设1成立的情况下，在式（3.52）中的控制输入能够通过（3.54）的给定使式（3.50）所描述的滑动面稳定。（3.54）选择李雅普诺夫函数为：编队滑模控制16设计控制律为：定理3.4：在假设1成立的情况下，在式（3.5结论3.1：如果式（4.7）表示的滑动面渐进稳定，则收敛到期望值，即队形收敛到期望队形。领航机器人速度正负变化时队形收敛情况当领航机器人速度为正(0,0,)是它的稳定平衡点。时，(0,0,0)是它的稳定平衡点。当领航机器人速度为负时，滑模控制17结论3.1：如果式（4.7）表示的滑动面渐进稳定，则收敛到滑模控制用同样的方法可以证明该控制律可以使滑动面s渐近收敛到零。为了保证系统的稳定性，对的情况我们设计如下滑模面和控制律18滑模控制用同样的方法可以证明该控制律可以使滑动面s渐近收敛到领航者（实线）和跟随者（虚线）的运动轨迹的仿真曲线两机器人编队误差曲线初始状态为领航机器人做匀速直线运动基于输入—输出反馈线性化法仿真研究控制目标19领航者（实线）和跟随者（虚线）的运动轨迹的仿真曲线两机器人编初始状态为领航机器人做匀速圆周运动领航者（实线）和跟随者（虚线）的运动轨迹的仿真曲线两机器人编队误差曲线基于输入—输出反馈线性化法仿真研究控制目标20初始状态为领航机器人做匀速圆周运动领航者（实线）和跟随者（虚领航者（实线）和跟随者（虚线）的运动轨迹两机器人编队误差领航机器人速度为正

初始状态为期望队形为基于滑模控制的多机器人编队仿真曲线两机器人编队误差曲线基于输入—输出反馈线性化法对比基于滑模控制的仿真研究21领航者（实线）和跟随者两机器人编队误差领航机器人速度为正初领航机器人速度为负领航者（实线）和跟随者（虚线）的运动轨迹两机器人编队误差曲线返回基于滑模控制的仿真研究领航者（实线）和跟随者（虚线）的运动轨迹对比针对速度为负设计的控制律22领航机器人速度为负领航者（实线）和跟随者（虚线）的运动轨迹两多机器人编队分层控制示意图多移动机器人编队的分层控制策略该结构是集中式和分布式结构的综合，兼二者的优点。负责机器人局部控制算法主要的协调机制由人介入下达任务处理异常情况各层主要功能23多机器人编队分层控制示意图多移动机器人编队的分层控制策略该机器人智能体的控制结构

机器人智能体采用基于行为融合的控制算法多移动机器人编队的分层控制策略24机器人智能体的控制结构机器人智能体采用基于行为融合的控制算机器人运动行为分解(1)向目标点运动(2)保持队形多移动机器人编队的分层控制策略25机器人运动行为分解(1)向目标点运动(2)保持队形多移动机（4）异常情况处理(3)避障个体机器人陷入障碍死区个体机器人失效障碍环境不允许编队通过多移动机器人编队的分层控制策略26（4）异常情况处理(3)避障个体机器人陷入障碍死区个体机器如果符合异常情况的判断条件否则各子行为的权重分别为用加权的方式得到机器人的综合控制变量：多移动机器人编队的分层控制系统27如果符合异常情况的判断条件否则各子行为的权重分别为用加权的方整体队形反馈的控制策略其稳定性可以由李雅普诺夫稳定性理论证明。多移动机器人编队的分层控制策略28整体队形反馈的控制策略其稳定性可以由李雅普诺夫稳定性理论证障碍物已知的三角形编队障碍物已知的菱形编队仿真结果（7.5，5.5）、（16.5，8）、（11，14）给定障碍物的位置为29障碍物已知的三角形编队障碍物已知的菱形编队仿真结果（7.5，带反馈和不带反馈的编队控制效果对比图仿真结果队形误差对比效果图返回30带反馈和不带反馈的编队控制效果对比图仿真结果队形误差对比效果结论和展望结论1、研究了无障碍环境下多移动机器人编队的控制问题。

(1)输入—输出反馈线性化方法

(2)滑模控制方法设计了控制器，得出一些稳定编队的结论。2、研究了有障碍环境下多移动机器人编队的控制问题。

(1)分层控制策略

(2)整体队形反馈策略实现编队的平滑控制。3、理论证明和仿真结果表明这些控制策略具有较好的控制效果。31结论和展望1、研究了无障碍环境下多移动机器人编队的控制问题。展望结论和展望(1)研究动态环境下(避开动态障碍物)编队控制问题；(2)编队系统的鲁棒控制,容错控制；(3)对编队系统进行动力学特性分析(应用动力系统的稳定性理论)；(4)减少编队控制中信息的需求量。32结论和展望(1)研究动态环境下(避开动态障碍物)编队控制32谢谢各位老师和同学！谢谢33谢谢各位老师和同学！谢谢33多移动机器人编队控制的研究黄小起课件多移动机器人编队控制的研究黄小起多移动机器人编队控制的研究黄小起主要内容课题背景1基于跟随者领航者方式的多机器人编队控制

3多移动机器人编队的分层控制策略

4移动机器人建模2总结与展望536主要内容课题背景1多移动机器人编队控制的研究黄小起课件多移动机器人编队控制的研究黄小起课件多移动机器人编队控制的研究黄小起课件多移动机器人编队控制的研究黄小起课件多移动机器人编队控制的研究黄小起课件多移动机器人编队控制的研究黄小起课件系统建模在全局坐标系中建立笛卡儿坐标系，根据机器人间的相对距离，相对位置夹角，相对运动方向角建立系统模型系统模型的动态误差为

Leader-follower队形控制示意图43系统建模在全局坐标系中建立笛卡儿坐标系，根据机器人间的相对系令则有控制器设计运用输入—输出反馈线性化方法设计控制律44令则有控制器设计运用输入—输出反馈线性化方法设计控制律10控制器设计基于闭环控制规律的移动机器人运动控制原理图则可得控制器为：45控制器设计基于闭环控制规律的移动机器人运动控制原理图则可得编队稳定性分析（3.31）定理3.2：若系统遵循式(3.31）所描述的控制律，并且leader的模式进行运动，指数收敛到0。以定理3.1：若leader-follower编队系统遵循式(3.31)所描述的是渐进稳定的。控制律，46编队稳定性分析（3.31）定理3.2：若系统遵循式(3.31编队稳定性分析定理3.3：若系统遵循式(3.31）所描述的控制律，并且leader的模式进行运动(均为常数)，渐进收敛到常数以编队可能出现的情况其它情况？？？leader做匀速直线运动leader做匀速圆周运动任何情况下即47编队稳定性分析定理3.3：若系统遵循式(3.31）所描述的控多移动机器人编队的滑模控制1、leader作匀速直线运动时候，相对运动方向角误差才能收敛到零输入输出反馈线性化方法2、缺乏对扰动的鲁棒性滑模控制方法能够克服这些局限性

48多移动机器人编队的滑模控制1、leader作匀速直线运动时候编队滑模控制要使编队误差收敛到零可以通过使变量收敛到零来实现49编队滑模控制要使编队误差收敛到零可以通过使变量收敛到零来实现设计控制律为：定理3.4：在假设1成立的情况下，在式（3.52）中的控制输入能够通过（3.54）的给定使式（3.50）所描述的滑动面稳定。（3.54）选择李雅普诺夫函数为：编队滑模控制50设计控制律为：定理3.4：在假设1成立的情况下，在式（3.5结论3.1：如果式（4.7）表示的滑动面渐进稳定，则收敛到期望值，即队形收敛到期望队形。领航机器人速度正负变化时队形收敛情况当领航机器人速度为正(0,0,)是它的稳定平衡点。时，(0,0,0)是它的稳定平衡点。当领航机器人速度为负时，滑模控制51结论3.1：如果式（4.7）表示的滑动面渐进稳定，则收敛到滑模控制用同样的方法可以证明该控制律可以使滑动面s渐近收敛到零。为了保证系统的稳定性，对的情况我们设计如下滑模面和控制律52滑模控制用同样的方法可以证明该控制律可以使滑动面s渐近收敛到领航者（实线）和跟随者（虚线）的运动轨迹的仿真曲线两机器人编队误差曲线初始状态为领航机器人做匀速直线运动基于输入—输出反馈线性化法仿真研究控制目标53领航者（实线）和跟随者（虚线）的运动轨迹的仿真曲线两机器人编初始状态为领航机器人做匀速圆周运动领航者（实线）和跟随者（虚线）的运动轨迹的仿真曲线两机器人编队误差曲线基于输入—输出反馈线性化法仿真研究控制目标54初始状态为领航机器人做匀速圆周运动领航者（实线）和跟随者（虚领航者（实线）和跟随者（虚线）的运动轨迹两机器人编队误差领航机器人速度为正

初始状态为期望队形为基于滑模控制的多机器人编队仿真曲线两机器人编队误差曲线基于输入—输出反馈线性化法对比基于滑模控制的仿真研究55领航者（实线）和跟随者两机器人编队误差领航机器人速度为正初领航机器人速度为负领航者（实线）和跟随者（虚线）的运动轨迹两机器人编队误差曲线返回基于滑模控制的仿真研究领航者（实线）和跟随者（虚线）的运动轨迹对比针对速度为负设计的控制律56领航机器人速度为负领航者（实线）和跟随者（虚线）的运动轨迹两多机器人编队分层控制示意图多移动机器人编队的分层控制策略该结构是集中式和分布式结构的综合，兼二者的优点。负责机器人局部控制算法主要的协调机制由人介入下达任务处理异常情况各层主要功能57多机器人编队分层控制示意图多移动机器人编队的分层控制策略该机器人智能体的控制结构

机器人智能体采用基于行为融合的控制算法多移动机器人编队的分层控制策略58机器人智能体的控制结构机器人智能体采用基于行为融合的控制算机器人运动行为分解(1)向目标点运动(2)保持队形多移动机器人编队的分层控制策略59机器人运动行为分解(1)向目标点运动(2)保持队形多移动机（4）异常情况处理(3)避障个体机器人陷入障碍死区个体机器人失效障碍环境不允许编队通过多移动机器人编队的分层控制策略60（4）异常情况处理(3)避障个体机器人陷入障碍死区个体机器如果符合异常情况的判断条件否则各子行为的权重分别为用加权的方式得到机器人的综合控制变量：多移动机器人编队的分层控制系统61如果符合异常情况的判断条件否则各子行为的权重分别为用加权的方整体队形反馈的控制策略其稳定性可以由李雅普诺夫稳定性理论证明。多移动机器人编队的分层控制策略62整体队形反馈的控制策略其稳定性可以由李