[發(fā)明專利]一種基于線性自抗擾的網(wǎng)絡(luò)化移動機器人軌跡跟蹤控制方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610005580.2
• 申請日: 2016-01-04
• 公開（公告）號: CN105629729A
• 公開（公告）日: 2016-06-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張文安;馮劍;劉安東
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 杭州斯可睿專利事務(wù)所有限公司 33241
• 代理人: 王利強

1.一種基于線性自抗擾的網(wǎng)絡(luò)化移動機器人軌跡跟蹤控制方法，其特征在于：所 述方法包括以下步驟：

步驟1)建立移動機器人的運動學(xué)模型：

x·(t)y·(t)θ·(t)=cosθ(t)-dsinθ(t)sinθ(t)dcosθ(t)01v(t)w(t)---(1)]]>

其中，x(t)、y(t)表示移動機器人質(zhì)心在全局坐標(biāo)系中的坐標(biāo)，θ(t)表示移動機 器人的航向角，v(t)表示移動機器人移動線速度，w(t)表示移動機器人移動角速 度，d表示移動機器人質(zhì)心到驅(qū)動輪軸心的距離；

步驟2)建立主從移動機器人的追隨誤差模型，根據(jù)主從移動機器人的動態(tài) 特性，對主從移動機器人的位置偏差和角度偏差進行分析，記e_φ(t)為主從移動機 器人之間的航向角偏差，e_x(t)和e_y(t)為主從移動機器人之間的位置偏差，從移 動機器人追隨主移動機器人的追隨偏差表示為：

ex(t)=xm(t)-xs(t)ey(t)=ym(t)-ys(t)eφ(t)=φm(t)-φs(t)---(2)]]>

其中，x_m(t)、y_m(t)表示主移動機器人質(zhì)心在全局坐標(biāo)系中的坐標(biāo)，x_s(t)、y_s(t) 表示從移動機器人質(zhì)心在全局坐標(biāo)系中的坐標(biāo)，φ_m(t)表示主移動機器人的航向 角，φ_s(t)表示從移動機器人的航向角；

主移動機器人的姿態(tài)信息z_m(t)＝[x_m(t),y_m(t),φ_m(t)]在軌跡跟蹤過程中通過 無線發(fā)送至從移動機器人，假定延時為τ，則t時刻從移動機器人接收到的主移動 機器人的姿態(tài)信息為t-τ時刻的姿態(tài)信息，表示為 z_m(t-τ)＝[x_m(t-τ),y_m(t-τ),φ_m(t-τ)]，偏差表示為：

ex(t)=xm(t-τ)-xs(t)ey(t)=ym(t-τ)-ys(t)eφ(t)=φm(t-τ)-φs(t)---(3)]]>

對式(3)兩邊關(guān)于時間t求導(dǎo)，得：

ex·(t)=xm·(t-τ)-xs·(t)ey·(t)=ym·(t-τ)-ys·(t)eφ·(t)=φm·(t-τ)-φs·(t)---(4)]]>

由式(1)和(4)，得：

ex·(t)=-vs(t)cosφs(t)+dws(t)sinφs(t)+vm(t-τ)cosφm(t-τ)-dwm(t-τ)sinφm(t-τ)ey·(t)=-vs(t)sinφs(t)-dws(t)cosφs(t)+vm(t-τ)sinφm(t-τ)+dwm(t-τ)cosφm(t-τ)eφ·(t)=wm(t-τ)-ws(t)---(5)]]>

其中，v_m(t)和w_m(t)分別表示主移動機器人的移動線速度和角速度，v_s(t)和w_s(t) 分別為從移動機器人的移動線速度和角速度，由式(3)知：

φ_s(t)＝φ_m(t-τ)-e_φ(t)(6)

將式(6)代入式(5)得：

d·1=-vs(t)cos(φm(t-τ)-eφ(t))+dws(t)sin(φm(t-τ)-eφ(t))+vm(t-τ)cosφm(t-τ)-dwm(t-τ)sinφm(t-τ)d·2=-vs(t)sin(φm(t-τ)-eφ(t))-dws(t)cos(φm(t-τ)-eφ(t))+vm(t-τ)sinφm(t-τ)+dwm(t-τ)cosφm(t-τ)eφ·(t)=wm(t-τ)-ws(t)---(7)]]>

式(7)為主從移動機器人的追隨誤差模型，d₁和d₂分別為主從移動機器人的橫向距 離和縱向距離；當(dāng)主移動機器人的線速度v_m(t)和角速度w_m(t)給定后，控制從移 動機器人的移動線速度v_s(t)和角速度w_s(t)使得主從移動機器人之間的橫向距離 d₁和縱向距離d₂為設(shè)定的常值；

步驟3)針對步驟2)中的追隨誤差模型(7)，以v_s(t)、w_s(t)為間接控制量， 明確動態(tài)耦合和靜態(tài)耦合部分，從而設(shè)計解耦律；

步驟4)設(shè)計線性擴張狀態(tài)觀測器對含時延的動態(tài)耦合部分進行估計和補償；

步驟5)設(shè)計控制律控制從移動機器人的線速度v_s(t)和角速度w_s(t)，從而當(dāng) 主機的線速度v_m(t)和角速度w_m(t)給定后使得主從機器人之間的橫向距離d₁和 縱向距離d₂為設(shè)定的常值。