[發明專利]一種移動機器人的自適應動力學控制方法

在審

• 申請號: 201810475896.7
• 申請日: 2018-05-17
• 公開（公告）號: CN108469738A
• 公開（公告）日: 2018-08-31
• 發明（設計）人: 張鵬超;李文科
• 申請（專利權）人: 陜西理工大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 西安弘理專利事務所 61214
• 代理人: 李娜

本發明公開了一種移動機器人的自適應動力學控制方法，將環境干擾考慮其中，提高了系統模型的精度；用觀測器觀測外界干擾，克服外界干擾對移動機器人的影響，同時提高系統的精度及響應速度，具有極大的實用價值；對觀測器及自適應律的優化進一步保證系統的穩定性。

技術領域

本發明屬于機器人控制方法技術領域，涉及一種移動機器人的自適應動力學控制方法。

背景技術

由于四輪移動機器人具有自主能力強、承載能力大等優點，使得它在軍事、農業、工業中有著極其廣泛的應用。由于其系統的非完整性，非線性及易受外界干擾的特點，對于外界未知干擾影響下的移動機器人控制是一個急需解決的問題。雖然一些學者通過一定的辦法來補償系統的誤差，但存在使得系統的復雜程度增加，計算量增大，影響系統響應的實時性，如何克服這些問題是急需解決的。

發明內容

本發明的目的是提供一種移動機器人的自適應動力學控制方法，能夠簡化移動機器人在控制過程中的計算，保證系統的實時性的同時，提高移動機器人對速度、轉向角等的跟蹤精度。

本發明所采用的技術方案是，一種移動機器人的自適應動力學控制方法，具體按照以下步驟實施：

步驟1、建立移動機器人外界未知干擾作用下的動力學模型；

步驟2、根據動力學模型建立外界干擾下的移動機器人控制系統的狀態方程，并對該狀態方程進行解耦；

步驟3、根據解耦的狀態方程，采用反演法得到控制移動機器人虛擬控制量；

步驟4、采用干擾觀測器觀測移動機器人在移動過程中受到的未知干擾，通過自適應律實現對未知干擾的補償，將控制移動機器人虛擬控制量與未知干擾的補償合成，得到控制輸入；

步驟5、通過控制輸入實現對移動機器人運動軌跡的控制。

本發明的特征還在于：

步驟1動力學模型中的力和力矩平衡方程如下：

其中：M_r＝F_rl；M_l＝F_ll；M_fr＝f_rl；M_fl＝f_ll；M_fl為移動機器人左側受到的阻力矩；M_fr為移動機器人右側受到的阻力矩；f_l為移動機器人左側受到的阻力；f_r為移動機器人右側受到的阻力，r為車輪的半徑；j為移動機器人繞z軸的轉動慣量；β為移動機器人的轉動角加速度；a為移動機器人的加速度；F_l為左側所需的驅動力；F_r為右側所需的驅動力；M為移動機器人質量；l為移動機器人左右輪中心線之間的距離。

步驟2具體過程如下：

建立系統的狀態方程如下：

其中：是移動機器人的加速度，轉動角速度和轉動角加速度，為系統的輸出；v為移動機器人的速度，c為其旋轉阻尼系數；μ為放大系數；u_l為機器人左側的驅動輸入力矩；u_r為機器人右側的驅動輸入力矩；I_w為移動機器人車輪繞輪軸轉動的轉動慣量；D₁＝d_r+d_l，D₂＝d_r-d_l,其中d_r表示移動機器人右側受到的外界未知干擾，d_l表示移動機器人左側受到的外界未知干擾；

令

令對上述系統狀態方程(2)進行解耦并簡化，可得：