[發明專利]一種輪式移動機器人控制方法

有效

• 申請號: 201910291422.1
• 申請日: 2019-04-12
• 公開（公告）號: CN110083061B
• 公開（公告）日: 2022-04-08
• 發明（設計）人: 馬飛越;丁培;周秀;馬波;何寧輝;閆振華;高博;張慶平;劉威峰;李奇超;伍弘;張佩;韓吉霞;佃松宜;趙濤
• 申請（專利權）人: 國網寧夏電力有限公司電力科學研究院;四川大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 廣州市一新專利商標事務所有限公司 44220
• 代理人: 張芳

1.一種輪式移動機器人控制方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟一：建立輪式移動機器人運動學模型；

步驟二：建立雙閉環系統并且通過非奇異終端滑模與廣義二型模糊結合的方法對移動機器人的位置軌跡和角度進行跟蹤，具體是雙閉環系統的外環對移動機器人的位置軌跡進行跟蹤，而雙閉環系統的內環對移動機器人的角度進行跟蹤，兩者都將滑模面作為模糊系統的控制輸入，將模糊系統的輸出作為滑模趨近律參數，并且設計內環收斂速度快于外環收斂速度從而保證系統穩定性，同時削弱系統抖振從而令移動機器人有更好的運動性能；

步驟二具體如下：

步驟1：定義位置跟蹤誤差：

定義角度跟蹤誤差：e₃＝θ-θ_d；

求導得到：

步驟2：設計位置跟蹤滑模面：s₁＝e₁^λ，s₂＝e₂^λ；

設計角度跟蹤滑模面：s₃＝e₃^λ；

其中，λ＝p/q，且p,q都是正奇數，滿足1＜p/q＜2；e₁,e₂,e₃分別為X軸方向位置跟蹤誤差、Y軸方向位置跟蹤誤差和角度跟蹤誤差，s₁,s₂,s₃分別為X軸方向位置滑模面設計、Y軸方向位置滑模面設計和角度滑模面設計；

對位置滑模面求導：

對角度滑模面求導：

步驟3：設計位置跟蹤趨近律：

設計角度跟蹤趨近律：

其中，k₁＞0，k₂＞0,k₃＞0，η₃＞0，Q₁＝e₁^λ-1,Q₂＝e₂^λ-1，Q₃＝e₃^λ-1結合滑模面求導結果與趨近律設計，最終，得到位置控制律：

實際位置控制律：

角度控制律：

步驟4：將設計的滑模面s₁,s₂,s₃作為二型模糊系統的輸入選擇上、下隸屬函數為：

其中，i＝1，2，3.s_i表示滑模面，和表示上下隸屬函數；次隸屬函數的表達式為：

其中，γ決定次隸屬函數形狀，當γ＝1時，次隸屬函數為對稱三角行；當γ＝0時，次隸屬函數為矩形；α為廣義二型模糊的截面，和為α截面的上下隸屬函數；

步驟5：將二型模糊系統的輸出作為滑模趨近律的輸入，動態調節趨近律參數，降低系統抖振，保證系統穩定。

2.如權利要求1所述的一種輪式移動機器人控制方法，其特征在于：

步驟一中運動學模型具體如下：

首先將輪式移動機器人的狀態由兩個驅動輪軸中點O在坐標系的位置及航向角θ表示，令輪式移動機器人位置表示為M＝[x，y，θ]^T，姿態表示為N＝[ν，ω]^T，其中，[x，y]為輪式移動機器人的位置，θ為輪式移動機器人前進方向與x軸夾角，ν為輪式移動機器人線速度，ω為輪式移動機器人角速度，在運動學模型中，[x，y，θ]^T是控制輸入；

輪式移動機器人的運動學方程為：

再通過設計控制律N＝[ν，ω]^T，實現輪式移動機器人的位置[x，y]^T的跟蹤及夾角θ的跟蹤；

由該輪式移動機器人運動學方程可知，輪式移動機器人運動學模型為

在坐標系內的位置與姿態誤差定義為：

其中，x_d與y_d分別表示X軸與Y軸理想軌跡，θ_d表示理想角速度，e₁，e₂，e₃分別為X軸方向位置跟蹤誤差、Y軸方向位置跟蹤誤差和角度跟蹤誤差。