[發明專利]一種基于線性自抗擾的網絡化移動機器人軌跡跟蹤控制方法

在審

• 申請號: 201610005580.2
• 申請日: 2016-01-04
• 公開（公告）號: CN105629729A
• 公開（公告）日: 2016-06-01
• 發明（設計）人: 張文安;馮劍;劉安東
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 杭州斯可睿專利事務所有限公司 33241
• 代理人: 王利強

技術領域

本發明涉及移動機器人控制領域，尤其是一種基于線性自抗擾的網絡化移動 機器人軌跡跟蹤控制方法。

背景技術

機器人領域的變化趨勢由在生產線固定的機械手向能做更復雜任務的自主移 動機器人過渡，比如救援、軍事行動以及日常生活服務等。近幾年，移動機器人 被廣泛應用于不同的工業過程，其控制方法設計被視為一個難點，因為移動機器 人是一類典型非完整系統。移動機器人控制問題重點之一就是軌跡跟蹤控制，然 而，描述軌跡跟蹤的跟蹤誤差系統是一個耦合非線性系統，不滿足Brockett的必 要條件從而復雜化了該控制問題。此外，在移動機器人軌跡跟蹤領航追隨系統中， 用通訊網絡連接傳感器、控制器和執行器，完成位置和速度信息傳送，而將通信 網絡引入控制回路也帶來一些新的問題。由于信息傳遞的分時復用原則，并限于 網絡的帶寬和承載能力，必然會造成信息的沖撞、重傳等現象，從而導致了信息 在控制回路的傳輸過程中產生網絡誘導時延。這種網絡誘導時延使得系統控制輸 入不能及時更新，從而導致系統性能下降甚至失穩。

移動機器人軌跡跟蹤控制問題已有許多研究結果。為了延伸軌跡跟蹤控制問 題到笛卡爾空間，Samson和Ait-Abderrahim在1991年就提出全局跟蹤控制律。 隨后一系列方法引入進來，滑模變結構方法有快速的響應、良好的瞬態以及對較 大的參數變動及外部擾動的魯棒性，從而被很多學者采納作為軌跡跟蹤控制策略， 但不可避免的出現抖振現象，直接影響到控制效果。反演法是較早的基于運動學 考慮的軌跡跟蹤控制決策，被廣泛應用于跟蹤問題，但其控制結構和設計過程十 分復雜，此外，要求移動機器人運動時盡可能提供較大的加速度，這在實際情況 中是較難實現的。自適應控制可以適時地調節控制系統參數來更新控制律，有利 于適應結構的不確定性但具有復雜的參數選擇、魯棒性較差等缺點。模糊控制方 法具有一定的魯棒性，但是模糊控制規則會受到人的主觀因素的影響而不能完全 歸總，且因缺乏“自我學習”的能力很難消除穩態誤差。神經網絡控制方法固有 的并行性和學習能力，使其在機器人運動控制系統中十分受歡迎，但學習速度慢、 算法不完備仍是其主要缺點，此外還有預測控制、粒子群算法、遺傳算法、H_∞算 法以及其他智能控制(包括混合控制)方法。

發明內容

為了克服已有移動機器人軌跡跟蹤控制方法的各自不適性、靈活性差、計算 量大、設計過程復雜且均沒有對軌跡跟蹤時存在的網絡誘導延時現象加以考慮的 不足，本發明提供一種線性自抗擾的方法來處理移動機器人軌跡跟蹤問題，降低 了算法復雜度且對控制系統中的通信延時予以補償，它具有算法簡單、控制精度 高、抗干擾能力強等優點。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

一種基于線性自抗擾的網絡化移動機器人軌跡跟蹤控制方法，所述方法包括 以下步驟：

步驟1)建立移動機器人的運動學模型：