基于神经逆控制的月球车牵引控制

• 作 者: 马可
• 机 构: 北京工业大学
• 出 处: 北京工业大学
• 发表日期: 2010年期

牵引控制作为月球车导航与控制系统的基础,是月球科学探测目标实现的根本。本文针对月壤环境以及月球车驱动系统冗余的特点,研究了基于神经逆控制的月球车牵引控制方法。　　
本文为探讨月球车牵引控制方案,开发了BH-2型月球车原理样机的驱动系统及配套的三维可视化操作平台。该原理样机目前可用于多种导航控制算法的验证工作。同时,由于月球表面的低重力环境、月壤环境难以在地球模拟,因此开发了三维可视化动力学仿真平台。该仿真平台整合有轮—地作用模型和多刚体动力学计算模块,能够在三维场景中真实模拟月球车在月面行走时的动力学特征,可用于多种控制算法的验证工作。　　
本文从车轮滑移的角度出发,针对月球表面的软质土壤环境,得出了车轮滑移、车轮正压力、车轮牵引力之间的关系。并设计了基于地形高层图、基于力学平衡、基于运动学约束,这三种轮—地接触角估计方法。其中后两种可用于轮—地接触角的在线估计。同时,建立了月球车的运动学模型、动力学模型。这些对象模型和参数获取方法为牵引控制系统的设计和实现提供了基础。　　
本文介绍了逆系统和α阶积分逆系统理论,研究了神经网络反向传播算法(BP),设计了神经网络逆控制器,对系统的可逆性和神经网络逆系统的稳定性进行了分析。最后在动力学仿真平台上,本文针对所设计的逆控制结构进行了仿真实验。通过仿真试验,验证了神经逆系统控制结构是合理的和有效的,而且实现容易、精度高,并且具有很强的鲁棒性。