[發明專利]基于擴張觀測器的麥克納姆四輪移動平臺的滑模控制方法

在審

• 申請號: 201910528147.0
• 申請日: 2019-06-18
• 公開（公告）號: CN110134019A
• 公開（公告）日: 2019-08-16
• 發明（設計）人: 吳立剛;劉健行;孫光輝;袁臻毅
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 時起磊

本發明提供基于擴張觀測器的麥克納姆四輪移動平臺的滑模控制方法，屬于機器人控制技術領域。本發明首先通過運動學和動力學建模得到麥克納姆四輪移動平臺的動態模型；然后根據步驟一建立的麥克納姆四輪移動平臺的動態模型，確定麥克納姆四輪移動平臺的控制目標；最后設計擴張觀測器ESO以及滑模控制器，利用擴張觀測器和滑模控制器對麥克納姆四輪移動平臺的直流電機進行輸入電壓調節，使其達到控制目標。本發明解決了現有麥克納姆四輪移動平臺的控制技術存在軌跡追蹤誤差較大，魯棒性較差的問題。本發明可用于麥克納姆四輪移動平臺的控制。

技術領域

本發明涉及麥克納姆四輪移動平臺的控制方法，屬于機器人控制技術領域。

背景技術

由于其靈活的運動能力，麥克納姆四輪移動平臺在工業領域中發揮著越來越重要的作用。因此，對麥克納姆四輪移動平臺控制方法的研究已成為機器人領域的一大熱點，當前主流的控制方法依舊是傳統的PID算法。盡管PID控制算法具有易實施，模型依賴性不強等優點，然而由于在實際工業系統中，麥克納姆四輪移動平臺經常工作在嘈雜，混亂的工作環境中，時常會受到大量的外加干擾和較為嚴重的自身系統參數不確定性，加之麥克納姆四輪移動平臺是二階非線性系統，PID算法在實際應用中仍存在穩態誤差大，魯棒性差等問題。

由于在實際生產中，麥克納姆四輪移動平臺的任務一般是沿著預定軌跡運動，因此現有的技術存在軌跡追蹤誤差較大，受到干擾系統易不穩定等缺陷。

發明內容

本發明的目的是提供基于擴張觀測器的麥克納姆四輪移動平臺的滑模控制方法，以解決現有麥克納姆四輪移動平臺的控制技術存在軌跡追蹤誤差較大，魯棒性較差的問題。

本發明所述基于擴張觀測器的麥克納姆四輪移動平臺的滑模控制方法，通過以下技術方案實現：

步驟一、建立世界坐標系X_qO_qY_q，麥克納姆四輪移動平臺自身坐標系X_rO_rY_r；通過運動學和動力學建模得到麥克納姆四輪移動平臺的動態模型；

步驟二、根據步驟一建立的麥克納姆四輪移動平臺的動態模型，確定麥克納姆四輪移動平臺的控制目標；

步驟三、根據步驟一和步驟二設計擴張觀測器ESO以及滑模控制器，利用擴張觀測器和滑模控制器對麥克納姆四輪移動平臺的直流電機進行輸入電壓調節，使其達到控制目標。

本發明最為突出的特點和顯著的有益效果是：

本發明所涉及的基于擴張觀測器的麥克納姆四輪移動平臺的滑模控制方法，包括兩部分控制器：擴張觀測器(ESO)和滑模控制器。其中擴張觀測器在估測傳感器不可測的速度信息的同時，通過擴張項估測了外加干擾及系統不確定性的合項，利用擴張觀測器所得的速度信息和外加干擾及系統不確定性合項的估計值，滑模控制器對驅動四個麥克納姆輪的DC電機進行電壓調節。基于擴張觀測器，滑模控制器能夠有效的減小系統的穩態追蹤誤差，并能降低對外加干擾，系統參數不確定性等的敏感度，即提升了魯棒性；因此本發明方法不僅能提高麥克納姆四輪移動平臺控制的魯棒性，而且能減小追蹤預定軌跡時的穩態追蹤誤差，仿真實驗表明，發明方法追蹤預定軌跡時的穩態追蹤誤小于10^-3量級，相比PID控制方法，性能約提高39％。

附圖說明

圖1為本發明中麥克納姆四輪移動平臺的結構示意圖；

圖2為本發明本所述控制方法的框圖；

圖3為實施例中麥克納姆四輪移動平臺速度信息的估測誤差曲線圖；分別表示速度信息的估測誤差；Time表示時間；