[發(fā)明專利]一種基于確定學(xué)習(xí)的輪式移動(dòng)機(jī)器人事件觸發(fā)跟蹤控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010830331.3
• 申請(qǐng)日: 2020-08-18
• 公開（公告）號(hào): CN112051734B
• 公開（公告）日: 2021-07-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 占宏;胡銳;黃龍旺
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華南理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G05B13/04
• 分類號(hào): G05B13/04
• 代理公司: 廣州市華學(xué)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44245
• 代理人: 李斌

本發(fā)明公開了一種基于確定學(xué)習(xí)的輪式移動(dòng)機(jī)器人事件觸發(fā)跟蹤控制方法，具體包括以下步驟：建立輪式移動(dòng)機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)模型和期望的周期軌跡；設(shè)計(jì)自適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器，并利用確定學(xué)習(xí)理論獲取經(jīng)驗(yàn)知識(shí)；設(shè)計(jì)作用于傳感器與控制器之間網(wǎng)絡(luò)通道的事件觸發(fā)機(jī)制；建立基于經(jīng)驗(yàn)知識(shí)和事件觸發(fā)的常值神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器。本發(fā)明設(shè)計(jì)的方法不僅將傳統(tǒng)的輪式移動(dòng)機(jī)器人時(shí)間觸發(fā)控制方式推廣到了事件觸發(fā)控制方式，降低了遠(yuǎn)程控制中網(wǎng)絡(luò)帶寬的占用，而且利用確定學(xué)習(xí)理論設(shè)計(jì)了常值神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器，在減少網(wǎng)絡(luò)帶寬的同時(shí)保證了好的暫態(tài)跟蹤性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及輪式移動(dòng)機(jī)器人的智能跟蹤控制的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于確定學(xué)習(xí)的輪式移動(dòng)機(jī)器人事件觸發(fā)跟蹤控制方法。

背景技術(shù)

輪式移動(dòng)機(jī)器人是結(jié)合了信息論、控制論、人工智能等多個(gè)不同領(lǐng)域的產(chǎn)物，其在工業(yè)生產(chǎn)、土木建筑、醫(yī)療衛(wèi)生、教育科研等諸多場(chǎng)景中得到廣泛地應(yīng)用。注意到輪式移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)由于阻尼和摩擦力等因素導(dǎo)致系統(tǒng)存在建模不確定性。為了克服建模不確定性帶來的控制精度下降問題，通常采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行對(duì)輪式移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)未知?jiǎng)討B(tài)進(jìn)行辨識(shí)。但是傳統(tǒng)的自適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制對(duì)機(jī)器人執(zhí)行相同或相似控制任務(wù)都需要在線調(diào)整權(quán)值來重新辨識(shí)未知?jiǎng)討B(tài)，使得控制方案耗時(shí)長(zhǎng)，不易實(shí)施。基于確定學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)出的控制器能夠利用學(xué)習(xí)到的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)來完成控制任務(wù)，避免了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)重復(fù)訓(xùn)練的問題。然而，現(xiàn)有的確定學(xué)習(xí)控制方案均采用了時(shí)間觸發(fā)方式。由于其通過固定時(shí)間周期地對(duì)信號(hào)進(jìn)行采樣傳輸，勢(shì)必會(huì)造成不必要的信號(hào)傳輸，從而造成網(wǎng)絡(luò)通道不必要的資源占用。因此，設(shè)計(jì)一個(gè)適當(dāng)?shù)挠|發(fā)機(jī)制，使得控制系統(tǒng)既能保持良好的控制性能也能減少網(wǎng)絡(luò)通道資源的使用，是網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)中的一個(gè)非常重要的課題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了一種基于確定學(xué)習(xí)和事件觸發(fā)的輪式移動(dòng)機(jī)器人的位置控制方法；針對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)每次做任務(wù)都要重復(fù)訓(xùn)練的問題，該方法利用確定學(xué)習(xí)理論，將收斂后的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)權(quán)值存儲(chǔ)為經(jīng)驗(yàn)知識(shí)，當(dāng)移動(dòng)機(jī)器人再次做同樣任務(wù)的時(shí)候，可以直接調(diào)用經(jīng)驗(yàn)知識(shí)進(jìn)行利用，而不需要重復(fù)訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；針對(duì)傳統(tǒng)時(shí)間觸發(fā)控制方法出現(xiàn)的不必要的網(wǎng)絡(luò)資源傳輸問題，該方法利用事件觸發(fā)機(jī)制，當(dāng)不滿足所設(shè)事件觸發(fā)條件的時(shí)候，才進(jìn)行信號(hào)的傳輸，從而避免了網(wǎng)絡(luò)資源浪費(fèi)的問題。

本發(fā)明的目的可以通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

本發(fā)明提供一種基于確定學(xué)習(xí)的輪式移動(dòng)機(jī)器人事件觸發(fā)跟蹤控制方法，包括以下步驟：

步驟1、建立輪式移動(dòng)機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)模型和期望的周期軌跡；

步驟2、獲取經(jīng)驗(yàn)知識(shí)：結(jié)合李雅普諾夫穩(wěn)定性理論和動(dòng)態(tài)面設(shè)計(jì)方法構(gòu)造自適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器，并利用確定學(xué)習(xí)理論將收斂后的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)權(quán)值保存為常值權(quán)值

步驟3、構(gòu)建作用于傳感器到控制器之間網(wǎng)絡(luò)通道的事件觸發(fā)機(jī)制，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)通道傳輸信號(hào)達(dá)到觸發(fā)條件，將采用信號(hào)經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)通道傳輸?shù)娇刂贫耍?/p>

步驟4、設(shè)計(jì)基于經(jīng)驗(yàn)知識(shí)和事件觸發(fā)的常值神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器，利用常值神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器對(duì)觸發(fā)事件進(jìn)行跟蹤；所述常值神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器為：

其中，B表示與移動(dòng)機(jī)器人的質(zhì)量、慣性、輪子半徑相關(guān)的已知常數(shù)矩陣，k₂為誤差的設(shè)計(jì)參數(shù)，為經(jīng)過確定學(xué)習(xí)得到的常值神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)權(quán)值。

進(jìn)一步的，步驟1中，所述動(dòng)力學(xué)模型為：

其中x₁＝[x,y,θ]^T為環(huán)境坐標(biāo)系下的移動(dòng)機(jī)器人的位姿向量，表示機(jī)器人坐標(biāo)系下的移動(dòng)機(jī)器人的速度向量，J(x₁)表示用于坐標(biāo)變化的旋轉(zhuǎn)矩陣，B是一個(gè)已知的且與移動(dòng)機(jī)器人的質(zhì)量、慣性、輪子半徑有關(guān)的常數(shù)矩陣，A(x₂)是未知的且與移動(dòng)機(jī)器人的摩擦系數(shù)、慣性、質(zhì)量有關(guān)的矩陣；τ是系統(tǒng)的控制輸入。

進(jìn)一步的，步驟1中，所述期望的周期軌跡為：