间断连续PI状态观测器设计研究及其在视觉机器人系统中应用文献综述

 2022-11-16 21:04:20

文 献 综 述

1 课题背景

随着先进科学技术的不断发展,机器人在生产和生活中起到越来越重要的作用。为了使机器人能够在不确定动态环境下工作,必须提高它的学习能力与智能化水平, 使其在恶劣或者危险环境下完成自身定位、地图构建、自主搜索等任务。为此, 必须为机器人本体装配各种传感器,使它们能够获取关于外部环境的有关信息。

视觉传感器由于具有成本低、信息丰富、算法简单、可靠性高等优点而被广泛应用于机器人控制系统, 因此基于视觉的机器人控制——视觉伺服逐渐发展成为机器人领域最活跃的研究方向之一。所谓机器人视觉伺服, 就是采用视觉传感器来间接检测机器人当前位姿或者其关于目标体的相对位姿, 在此基础上, 实现机器人的定位控制或者轨迹跟踪[1]。这是一个集计算机、机器视觉、自动控制、机器人、实时系统分析等领域于一体的新兴交叉学科[2]

机器人视觉伺服控制是机器人领域重要的研究方向之一,而视觉传感器是机器人系统中最重要的“感官”之一。视觉通常采用CCD摄像机来实现,但由于目前摄像机采样速率不高,并且在传输大量数据的视觉信息时需占用较多的时间,从而造成时延。

随着网络传输分布计算处理技术的发展,在图像视觉伺服控制系统广泛应用。网络控制系统(NCS)是一个复杂的系统,它跨越了控制理论、网络通信和计算机技术等多个研究领域。具有共享资源、构建低成本与升级代价小、便捷灵活的扩展与运维、分布式控制与诊断、高效智能的控制性能等特点,被广泛应用于国民经济与国防建设的各个领域,如:自动化领域、工业现场总线、无线网络机器人、当代航空航天系统以及远程操作等。但在NCS中,由于网络负载变化不规则、通信方式以及共享带宽等制约闪素,当控制器节点、被控对象的传感器节点、执行器节点通过网络交换数据和控制信息时,往往出现网络拥塞、多路径或多数据包传输、数据包时序错乱与丢失、重传、碰撞、以及连接中断等现象[3]。因此,NCS的节点间进行通信时,网络诱导时延是不可避免的。

如何设计在网络传输条件下,基于被控系统有限信息反馈(采样周期与延时)的状态观测器成为了研究重点。因此本课题重点关注由传感器采样引起和由于信息编码,解码,处理和传输所造成的采样延迟,主要研究对采样和延迟信号的补偿。

2 国内外研究现状

观测器设计问题亦即状态重构问题,是利用原系统中可以直接观测的信息(如输入和输出)作为输入信号构造一个新的系统,并使得新系统的输出信号渐近或指数收敛于原系统的状态向量,这个实现状态重构的新系统就是观测器。国内外学者对此进行了相关研究。

(1)连续化方法

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