国家自然基金申请成功的申请书样本2-new!

申请代码：F030103受理部门：收件日期：受理编号：国家自然科学基金申请书资助类别：面上项目亚类说明：自由申请项目附注说明：项目名称：视觉反馈的非完整控制系统镇定申请者：乔力电话：[phone]依托单位：上海交通大学通讯地址：上海市徐汇区邮政编码：200031单位电话：[phone]电子邮件：[e-mail]申报日期：2004年3月10日国家自然科学基金委员会国家自然科学基金申请书第2页版本1.029.231基本信息1UT1hHnD姓名乔乔力性别男出生年月1968年4月民族汉族学位博士职称副研究员主要研究领域非线性控制、机器人动力学与控制以及鲁棒控制电话[phone]电子邮件[e-mail]传真[phone]个人网页工作单位上海交通大学/电气工程学院申请者信息在研项目批准号shlgX455名称上上海交通大学代码20003001联系人孙海健电子邮件[e-mail]依托单位信息电话[phone]网站地址非线性系统理论基地类别预计研究年限2005年1月—2007年12月研究属性应用基础研究项目基本信息申请经费22.0000万元摘要项目研究内容和意义简介（限400字）：现有的传统非完整控制系统镇定控制器设计方法大多假定环境、任务以及系统的状态估计都是已知的。实际问题并非如此，例如无人驾驶的飞行器控制、随机目标跟踪以及机器人编队等很难提前知道系统的任务和状态的直接量测信息。然而这些参量利用视觉系统是很容易得到的。近年来视觉伺服在机器人领域得到了大量应用。本项目试图利用视觉量测信息，将非完整控制系统的任务映射到视觉空间中，在视觉空间中考察这一问题。从控制理论的角度，将量测和控制结合起来，研究在视觉坐标系下这类系统镇定问题的理论和方法。采用视觉伺服的优点是它可以模拟人的视觉器官、对环境实施非接触量测以及改进系统的性能等。这一项目的难点和关键问题是从三维空间到二维图象空间的未知的时变非线性变换。该项目的成功实施，将对平面移动机器人，欠驱动机器人，水下机器人、空间探索机器人等具有非完整约束的机械系统镇定控制性能的改善产生积极影响。关键词(用分号分开，最多5个)非完整系统控制、视觉伺服、镇定国家自然科学基金申请书第3页版本1.029.231项目组主要成员(杰出青年科学基金不填此栏)编号姓名出生年月性别职称学位单位名称电话电子邮件项目分工每年工作时间（月）1申延1972-6-10男博士后博士[e-mail]控制方法和视觉伺服32巨人1949-7-30男教授学士上海交通大学[e-mail]控制方法63见见1969-11-9男讲师博士上海交通大学[e-mail]控制方法和信息融合64毒毒1976-10-28男讲师硕士上海交通大学[e-mail]控制方法及实验仿真65定1976-11-4女讲师硕士上海交通大学[e-mail]控制方法66徐徐1968-9-23女讲师硕士上海交通大学[e-mail]伺服控制与实验研究6789总人数高级中级初级博士后博士生硕士生8242说明:1.高级、中级、初级、博士后、博士生、硕士生人员数由申请者负责填报，总人数自动生成。说明:2.项目组主要成员不包括项目申请者。国家自然科学基金申请书第4页版本1.029.231经费申请表（金额单位：万元）科目申请经费备注（计算依据与说明）一.研究经费14.50001.科研业务费8.5000（1）测试/计算/分析费2.0000图象加速卡及相关软件（2）能源/动力费（3）会议费/差旅费4.0000三年,3人次国内会议,3人次国外会议费（4）出版物/文献/信息传播费2.5000论文2万,文献检索及网络费0.5万（5）其它0.0000不可预知的费用,如临时更换配件等2.实验材料费0.0000（1）原材料/试剂/药品购置费（2）其它3.仪器设备费1.7000（1）购置1.7000摄象器材（2）试制4.实验室改装费2.3000主要是地面要保证一定的光滑度,便于实验.5.协作费2.0000部件加工及运输费二.国际合作与交流费3.50001.项目组成员出国合作交流1.50001人次出国交流1-2个月的费用2.境外专家来华合作交流2.0000两人次境外专家来华合作交流的费用三.劳务费3.0000研究生劳务费四.管理费1.0000合计22.0000国家其他计划资助经费0.0000其他经费资助（含部门匹配）0与本项目相关的其他经费来源其他经费来源合计0.0000国家自然科学基金申请书第5页版本1.029.231报告正文(一)立论依据和研究内容1.项目的立项依据对系统的某一平衡点而言，系统的镇定问题是研究如何设计一个控制器使得闭环系统对包含该平衡点的某一区域中的任何初值，其运动轨迹都能渐近收敛到该平衡点。这是研究系统从一个状态精确地运动到另一状态以及系统跟踪控制问题的基础。自上世纪八十年代以来，随着机器人和自动驾驶技术的发展，迫切需要考虑受控对象与环境接触的非完整约束下的镇定控制问题。在随后的二十多年内，这一问题成了控制理论界研究的热点之一。国际上上世纪80年代至90年代中期，对非完整系统镇定控制的研究主要是针对由非完整约束方程导出的非完整运动学系统进行的，并取得了如非光滑控制器、时变控制器以及混合控制器等一大批理论结果[1]。由于实际系统是动力学系统,在对系统性能要求较高的情况下通常不能忽略系统的动力学部分。因此自90年代后期国际上更加注重非完整动力学系统镇定的控制研究。通常采用速度跟踪的思想将对非完整运动学系统设计的控制律推广到非完整动力学系统，这种研究一般依赖于非完整系统的准确动力学模型[2，3，4]。考虑到非完整动力学系统控制研究具有很强的实际应用背景，而对实际系统一般无法建立精确模型，且不可避免地受到各种干扰的影响，必须研究不确定非完整动力学系统的有效控制方法。目前国内外在这方面的研究还刚刚起步，值得一提的是我国学者对参数不确定非完整动力学控制系统，在镇定控制方面也做出了一定的贡献[5,6,7]。此外，近两年来关于有外界扰动和传感器噪声情况下的非完整运动学鲁棒镇定控制问题也有所论及[8]。然而这些设计方法大多都假定系统的环境、任务以及系统的状态都是可以直接量测的。许多实际问题并非如此，例如无人驾驶的空间探测器、随机目标跟踪以及机器人编队等,其环境、任务的复杂给系统标定、状态和目标量测带来了很大困难。但这些环境和目标参量利用视觉系统是容易描述的，在摄象机的图象平面内考察非结构环境下的、不便直接量测的系统控制问题是很直观和方便的。本项目就是试图利用视觉量测信息，从控制理论的角度，将量测和控制结合起来，研究在视觉坐标系（指摄象机坐标系或图象坐标系）下非完整控制系统镇定问题的理论和方法，为进一步从理论和实际的结合上研究非完整控制系统开拓新的思路。采用视觉伺服的优点是它可以模拟人的视觉器官、对环境实施非接触量测以及便于对非结构环境和目标进行量测等。视觉伺服的一个关键问题是从三维空间到二维图象空间的未知的时变非线性变换（未知深度）,由此派生出新的视觉平面内系统的可控性、可观性以及与原系统控制性能的关系问题，这也是本项目的难点和重点。视觉伺服的概念最早产生于上世纪70年代末期，Hill和Park将其用在闭环系统中来控制机械手的终端执行器[9]，然而由于当时视觉系统的采样速率很低，控制效果不太理想，正是由于这个原因，视觉伺服的发展经历了十分缓慢的10年。随着计算机技术的发展，自上世纪90年代，特别是近年来，这一技术在机械手领域得到了快速发展（包括基于位置和图象的视觉伺服）[10,11]。在文[12]中，对于一类机载摄象机的平面非完整移动机器人，在假定深度和视觉系统的内外参数已知的情况下，讨论了地面线性曲率轨迹跟踪的局部镇定问题。这些成果为从视觉空间探讨一般非完整控制系统的镇定问题提供了极大的可能性。国家自然科学基金申请书第6页版本1.029.231目前航天飞机的某些控制品质不好，据说就是因为设计控制器时没有考虑这种非完整约束特性，而视觉对这类系统又是重要的传感器。此外，装有摄象头的无人驾驶的汽车在光滑的路面上行驶时，防滑控制也是十分突出的问题。因此，将视觉和非完整系统综合起来考虑其镇定问题是十分必要的。这一项目的成功实施，将对控制理论的发展产生积极的影响。同时，它也将大大地改善一类机械系统，如非完整平面移动机器人、欠驱动机器人、水下机器人以及空间机器人的控制性能。参考文献[1].H.Y.KolmanovskyandN.H.Mcclamroch.DevelopmentinNonholonomicControlProblems.IEEEControlSystems,1995,5,pp.20—36.[2].KolmanovskyIandMcClamrochH,Hybridfeedbacklawsforaclassofcascadenonlinearcontrolsystems,IEEEtransactiononAutomaticControl,1996,vol.41,pp.1271-1282.[3].SordalenOJandEgelandO,Exponentialstabilizationofnonlineardriftlesscontrolsystemsviatime-varyinghomogeneousfeedback,IEEETrans.AC.1997,vol.42,no.5.pp.1364-1373.[4].KolmanovskyIV,ReyhanogluMetal.Discontinuousfeedbackstabilizationofnonholonomicsystemsinextendedpowerform.Proceedingsofthe33rdCDC,LakeBuenaVista,FL-December,1994.3469-3474.[5].WenjieDong,YangshengXu,andWeiHuo,Onstabilizationofuncertaindynamicnonholonomicsystems,InternationalJournalofControl,2000,73(4),pp.349-359.[6].DongWenjie，XuWenli.AdaptiveTrackingControlofUncertainNonholonomicDynamicSystem.IEEETrans.OnAutomaticControl，2001，46(3),450-455.[7].Qaoli,WeiHuo,DalongTan,YuechaoWang,StabilizationofUncertainNonholonomicDynamicSystemswithBoundedInputs,CONTROLTHEORYANDAPPLICATION,2000,Vol.17,No.6,pp.831-835.[8].E.ValtolinaandA.Astolfi,LocalRobustandregulationofchainedsystems,Syst.ControlLett.,2003,Vol.49,No.3,pp.231-238.[9].J.HillandW.T.Park.Realtimecontrolofarobotwithamobilecamera.9thInternationalsymposiumonIndustrialRo