[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

本發明公開一種自適應滑模控制方法、系統及移動機器人控制器，該方法綜合了自適應控制與滑模控制的優點，設計了切換增益可自適應調整的滑模控制律，該控制律由兩部分組成，第一部分是滑模控制律的設計，第二部分是切換增益自適應更新律的設計，該方法根據移動機器人的運動學模型和軌跡跟蹤誤差模型，推導出移動機器人軌跡跟蹤誤差微分方程，基于切換函數運用等速趨近律方法設計滑模控制律，根據設計的滑模控制律推導切換增益的自適應更新律，該自適應滑模控制律能夠使移動機器人快速收斂到期望軌跡和期望速度。

技術領域

本發明涉及移動機器人運動控制技術領域，具體的說是一種自適應滑模控制方法、系統及移動機器人控制器。

背景技術

輪式移動機器人是集合環境感知、動態決策與規劃和行為控制與執行等多種功能與一體的智能移動平臺，相對于傳統的工業機器人，輪式移動機器人具有更強的靈活性和更大的工作空間，因此在各種軍用與民用場合都得到了廣泛應用。非完整輪式移動機器人是典型的多輸入多輸出的非線性系統，由于其系統模型的非完整性與欠驅動的特點成為廣大科研工作者的研究熱點。輪式移動機器人的運動控制主要分為三個方面內容：點鎮定、路徑跟隨和軌跡跟蹤。軌跡跟蹤控制問題因其復雜性越來越受到重視，由于控制系統易受到外界擾動以及參數不確定的影響，導致實際控制系統與理想數學模型間存在較大差異，所以根據理想模型設計的軌跡跟蹤控制律不易控制目標。已有的軌跡跟蹤控制方法主要有反演控制、自適應控制、滑模變結構控制和智能控制等。

滑模控制無需建立被控對象的精確模型，對外部有界干擾以及參數變化具有不敏感性，近年來逐漸應用于移動機器人的運動控制中。但是滑模控制過程中由于等速趨近律的存在，不可避免會產生抖振，嚴重時會引起系統的不穩定，導致軌跡跟蹤的失敗。

發明內容

為了解決上述現有技術中存在的問題，本發明實施例提供一種自適應滑模控制方法、系統及移動機器人控制器，以解決滑模控制過程中產生的抖振現象，增強控制系統魯棒性，提高控制精度。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

第一方面，本發明實施例提供了一種自適應滑模控制方法，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，根據控制輸入信號，建立并得到輪式移動機器人的運動學方程，通過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實際位姿坐標；

將當前實際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；

根據所述自適應滑模控制律計算出控住輸入信號的準確值，將輪式移動機器人的實際位姿鎮定到期望位姿。

進一步地，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。

更進一步地，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。

更進一步地，所述控制律具體為：