[發明專利]一種自適應滑模控制方法、系統及移動機器人控制器

有效

• 申請號: 202010134237.4
• 申請日: 2020-03-02
• 公開（公告）號: CN111650929B
• 公開（公告）日: 2023-03-31
• 發明（設計）人: 崔明月;劉紅釗;張新剛;蔣華龍;劉偉;趙金姬;劉麗莎
• 申請（專利權）人: 南陽師范學院
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02;B25J5/00
• 代理公司: 北京中恒高博知識產權代理有限公司 11249
• 代理人: 喬會霞

1.一種自適應滑模控制方法，其特征在于，包括：

將輪式移動機器人上驅動輪的中點坐標作為輪式移動機器人的位置，根據機器人運動速度與位姿之間的關系，建立并得到輪式移動機器人的運動學方程，通過期望運動軌跡與運動學方程得到期望位姿坐標；

根據機器人運動約束的條件，對輪式移動機器人的控制輸入信號做出調整，確定輪式移動機器人每個運動狀態下的位姿坐標；

將當前位姿坐標和期望位姿坐標比較得到全局位姿偏差，通過變換矩陣從全局位姿偏差映射到局部位姿偏差，通過局部位姿偏差獲得誤差動態模型；

基于全局位姿偏差和誤差動態模型設計切換增益可自適應調整的自適應滑模控制律，以使全局位姿偏差有界且誤差動態模型的趨于無窮的極限為0；

根據所述切換增益可自適應調整的自適應滑模控制律計算出控制輸入信號的準確值，將輪式移動機器人的實際位姿鎮定到期望位姿；

所述切換增益可自適應調整的自適應滑模控制律具體為：

其中，切換增益的自適應律為ρ₁與ρ₂為正的常數，/與/分別為飽和函數中產生誤差的參數k₁與k₂的估計值，估計誤差為/與/

θ為輪式移動機器人的運動方向與水平線的夾角，表示移動機器人的方向角，v表示輪式移動機器人的移動速度，v_r表示輪式移動機器人的期望移動速度，ω表示輪式移動機器人移動的角速度，ω_r表示輪式移動機器人移動的期望角速度，x_e為豎直方向上輪式移動機器人的位姿誤差，y_e為豎直方向上輪式移動機器人的位姿誤差，θ_e為θ的位姿誤差，a＝arctan(v_ry_e)，θ_e＝-arctan(v_ry_e)，飽和函數為δ_i為一個正小數。

2.根據權利要求1所述的一種自適應滑模控制方法，其特征在于，所述基于全局位姿偏差和誤差動態模型設計自適應滑模控制律，具體為：

基于全局位姿偏差和誤差動態模型，構建Lyapunov函數；

根據所述Lyapunov函數，獲取系統狀態收斂到0的到達條件；

根據所述到達條件，設計得到切換函數；

選取滑模控制器，使得切換函數到達狀態收斂到0。

3.根據權利要求2所述的一種自適應滑模控制方法，其特征在于，所述滑模控制器的設計具體為：

基于等速趨近律，獲得包含切換函數為符號函數的滑模控制律；

使用連續的飽和函數代替符號函數，并基于誤差動態模型，獲得控制律。

4.根據權利要求3所述的一種自適應滑模控制方法，其特征在于，所述控制律具體為：

5.根據權利要求4所述的一種自適應滑模控制方法，其特征在于，所述飽和函數sat(x,δ)的定義具體為：

6.根據權利要求3所述的一種自適應滑模控制方法，其特征在于，所述滑模控制器的設計還包括在所述控制律的基礎上設計切換增益的自適應律，具體為根據系統的跟蹤誤差與切換函數對切換增益進行在線估計，以增強控制系統的魯棒性。