[發明專利]一種輪式移動舞臺機器人在線優化鎮定控制方法

有效

• 申請號: 201710467447.3
• 申請日: 2017-06-20
• 公開（公告）號: CN107168064B
• 公開（公告）日: 2020-08-04
• 發明（設計）人: 何德峰;姬超超;倪洪杰;郭曉慧
• 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

一種輪式移動舞臺機器人在線優化鎮定控制方法，針對輪式移動舞臺機器人在非完整約束條件下實現鎮定控制需要，首先通過定義輪式移動舞臺機器人的離散時間三階動力學模型和隨機選擇的初始時刻有限時間窗口控制序列，計算時間窗口內的鎮定控制誤差序列和誤差序列關于控制輸入序列的梯度，再利用牛頓法建立每個采樣時刻控制序列的更新機制，并結合滾動優化控制原理，計算在每個采樣時刻的控制輸入量，實現輪式移動舞臺機器人的鎮定控制。本發明設計方法的優點是理解簡單、設置參數少、通用性強以及在線計算簡便，滿足了輪式移動舞臺機器人快速鎮定控制的實時性要求。

技術領域

本發明涉及一種輪式移動舞臺機器人在線優化鎮定控制方法。

背景技術

舞臺演出藝術已成為我國日常文化生活的重要組成部分，其中輪式移動舞臺機器人是呈現高品質舞臺演出藝術的重要道具之一。通常在曲目演出時，舞臺機器人需要根據演出曲目的變化快速移動到指定目標位置。移動舞臺機器人快速到達指定位置，可視為移動機器人的鎮定控制問題。鎮定控制的目標是獲得一個反饋控制律使得移動舞臺機器人漸近到達目標位置。但輪式移動舞臺機器人存在非完整約束限制，任意光滑連續的時不變靜態狀態反饋控制律都無法驅動輪式移動舞臺機器人到達指定的目標位置，這對輪式移動舞臺機器人的鎮定控制提出了挑戰性。通過對現有輪式移動機器人鎮定控制方法的文獻的檢索發現，輪式移動舞臺機器人鎮定控制方法主要有：非連續鎮定控制、時變鎮定控制、混雜鎮定控制和模型預測鎮定控制，但非連續鎮定控制、時變鎮定控制和混雜鎮定控制不能處理輪式移動舞臺機器人執行機構的物理約束和移動區間限制，模型預測鎮定控制需要在線構造目標函數的Hessian矩陣，在線計算量很大，而且這些控制方法理解復雜，控制效果的收斂速度緩慢。因為輪式移動舞臺機器人需要根據曲目變化按時到達指定舞臺位置，控制實時性要求高，而且輪式移動舞臺機器人又是一個典型的非完整約束控制系統，因此，盡管輪式移動舞臺機器人鎮定控制研究取得了一些成果，但近年來相關學者和演藝專家對于這個具有挑戰性的重要難題仍然進行了大量細致地研究和探討，以滿足當前高品質舞臺演出藝術對輪式移動舞臺機器人的簡便、靈活的鎮定控制的迫切要求。

發明內容

為了克服已有輪式移動舞臺機器人鎮定控制方法的設置參數多、在線計算復雜和實現困難的不足，本發明提供一種理解直觀、設計簡單、易于在線計算的輪式移動舞臺機器人在線優化鎮定控制方法。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

一種輪式移動舞臺機器人在線優化鎮定控制方法，所述控制方法包括如下步驟：

1)、建立輪式移動舞臺機器人移動過程的離散時間動力學模型，參見式(1)：

其中，正常數T_s表示采樣周期，變量k表示采樣時刻；x₁(k)和x₂(k)分別表示在k時刻輪式移動舞臺機器人在舞臺直角坐標系中X方向和Y方向的位置坐標；x₃(k)表示在k時刻輪式移動舞臺機器人在直角坐標系中的方位角；u₁(k)和u₂(k)分別表示在k時刻輪式移動舞臺機器人的線速度和角速度；考慮模型式(1)，定義輪式移動舞臺機器人的狀態列向量x＝[x₁ x₂ x₃]^T和控制列向量u＝[u₁ u₂]^T，其中，符號T表示向量的轉置；

2)、將模型式(1)簡記為式(2)：

x(k+1)＝f(x(k),u(k)) (2)